Nanotechnologie und Medizin - Hessen

Transcrição

Hessisches Ministerium für Wirtschaft,
Energie, Verkehr und Landesentwicklung
www.hessen-biotech.de
www.hessen-nanotech.de
Nanotechnologie und Medizin
Eine Schlüsseltechnologie kommt an
Inhalt
Einführung
4
Überblick Nanomedizin
6
Einsatzgebiete der Nanotechnologie in der Medizin
9
• Diagnostik
10
• Therapie
15
• RegenerativeMedizin
21
• Lebensqualität
26
Sicherheit für Patienten und Nutzer
30
Ausblick – Potenziale der Nanomedizin
33
Literatur und weiterführende Informationen
34
Impressum
35
Abbildungen auf der Titelseite:
Nano-Maiskolben Quelle: Clemens Tscheka, Marius Hittinger, Pascal Schommer, Katrin Voos, Nicole Daum, Marc Schneider;
Universität des Saarlandes/cc-NanoBioNet e.V./ Deutscher Verband Nanotechnologie e.V.
Lab-on-a-Chip Quelle: Fraunhofer CMI
Zehenspitzen eines Geckos Foto: nico99, www.fotolia.de
Herstellung von Hohlfasermembranen Quelle: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH, www.fmc-deutschland.com
Vorwort
Liebe Leserinnen und Leser,
nanotechnologischeInnovationenwerdenkünftiginvielenBereichenunseres
Lebens eine bedeutende Rolle spielen; in manchen tun sie dies sogar heute
bereits.AlleininHessensindrund160UnternehmenundForschungseinrichtungenaufdiesemGebiettätig.
Anwendungsmöglichkeiten bieten vor allem die Medizin, die Medizintechnik
unddiePharmazeutischeIndustrie.NanotechnologiekannzumBeispielhelfen,
Krankheitenfrüherzudiagnostizieren,WirkstoffeschnellerandengewünschtenOrtimKörperzubringenoderImplantateverträglicherzumachen.
Doch gerade weil die Möglichkeiten der Nanomedizin so umfassend sind,
müssen wir auch ihre Risiken für Gesellschaft, Patienten und Umwelt sehr
sorgfältigbedenken.MitdenTechnologielinienHessen-BiotechundHessenNanotech informieren wir daher nicht nur über die Anwendungspotenziale,
sondernwirwerbenauchfürdensicherenEinsatzvonNanotechnologien.
DievorliegendeBroschüregibteinenÜberblicküberdenaktuellenForschungsstandderNanomedizinundeinenAusblickaufihrezukünftigenMöglichkeiten.
Dabeibeziehtsieauchökologische,sozialeundethischeAspekteein.Ichhoffe,
dass sie zu einer fruchtbaren Debatte über diese Technologie beiträgt, und
wünscheIhneneineanregendeLektüre.
TarekAl-Wazir
HessischerMinisterfürWirtschaft,Energie,VerkehrundLandesentwicklung
3
Einführung
Nanotechnologie ist der Sammelbegriff für eine
Reihe von Zukunftstechnologien, die für die meisten unbemerkt schon in der Gegenwart angekommen sind.
wieSalmonellen,E.coliundCampylobactergeben
sollen.AuchTumorerkrankungensindmitHilfevon
nanotechnologischen Verfahren besser zu erkennenundzutherapieren.
Nanotechnologie hat die Welt längst verändert;
wirverdankenihrGeschäftsmodelle,Produkteund
Dienstleistungen, ohne die unser gegenwärtiges
Lebenkaumvorstellbarwäre:Smartphones,Datenspeicher, Energieeffizienz- und Filtertechnologien,
Kosmetik,neueMaterialien,Oberflächenbeschichtungen und nicht zuletzt Medikamente sowie diagnostische und therapeutische Verfahren werden
durch Nanotechnologie möglich. In den meisten
Bereichen gehen wir unbewusst mit den Errungenschaftendieser„Familie“anunterschiedlichen
Technologienum.MöglichwurdedieseVielzahlan
Innovationenalleindadurch,dasswirheuteineiner
Größendimension arbeiten können, die für die
Menschheiterstmalskontrolliertzubeeinflussenist.
Nanomaterialien fallen entweder bei natürlichen
Prozessen an oder können synthetisch hergestellt
werden. Nanopartikel können in ungebundenem
odergebundenemZustandeingesetztwerden.Da
sichnanoskaligeMaterialienimVergleichzuStandardmaterialien in einer Reihe von Eigenschaften
unterscheiden, sind sie neben der Medizin prinzipiellauchfürAnwendungeninanderenBereichen
von Bedeutung, wo hochwertige oder funktionale
Materialien Verwendung finden: in der Elektronik, im Automobilbau bis hin zur Umwelttechnik.
Eine Vielzahl von Disziplinen arbeitet mit diesen
Erkenntnissen,undfasttäglichkommenneuehinzu: Die Nanotechnologie löst als effiziente Querschnittstechnologie Innovationen in beinahe allen
Industriebranchenweltweitaus.
Große Erwartungen wurden bereits an die Nanotechnologie im Bereich Medizin formuliert. Und
tatsächlichwerdeninderMedizin,derpharmazeutischen Industrie und in der Medizintechnik heute
Verfahren eingesetzt, die ohne Nanotechnologie
nicht durchführbar wären. Beispielsweise werden
nanoskaligeGoldpartikelinSchwangerschaftstests
und auch in anderen Schnelltests verwendet, wo
sieAuskunftüberdasVorhandenseinvonBakterien
Aspirin-Molekül
Ø0,4nm
DNA
Ø2,5nm
Protein
Ø1-30nm
Nano,griechischfür„Zwerg“oder„zwergenhaft“,
bezeichnet eine winzige Dimension. Als Längen-
oderVolumeneinheitstehtsiefürdaseinMilliardsteleinesMetersoderLiters.InderNanotechnologiegehtesalsoumeineMiniaturwelt,diefürdas
menschliche Auge ohne Hilfsmittel nicht sichtbar
ist.FürdasbessereVerständnisderGrößenverhältnisse wird gerne folgender Vergleich verwendet:
Virus
Ø20-300nm
Blutkörperchen
Ø8.000nm
=8µm
Nanometer (nm)
1 nm
4
10 nm
Haar
Ø50.000nm
=50µm
Mikrometer (µm)
100 nm
1.000 nm = 1 µm
10.000 nm = 10 µm
Ein Nanopartikel verhält sich zu einem Fußball
wie dieser Fußball zur Erde.
DerBegriffNanotechnologiestammtausderzweitenHälftedes20.Jahrhunderts,umfasstaberauch
HerstellungsweisenundEinsatzgebiete,mitdenen
MenschenschonseitderAntikearbeiten.Eineder
ältesten von Menschen unternommenen Tätigkeiten, die unbeabsichtigt ein nanoskaliges Produkt
hervorbringt, ist das Feuer: Rußpartikel, die sich
ausnanoskaligenTeilchenzusammensetzen.
Durch Nanotechnologie gelingt es heute, die Eigenschaften von Stoffen gezielt zu verändern. So
lassen sich erwünschte Veränderungen der Eigenschaften von bestimmten Materialien erzielen, die
ein Produkt verbessern können. Römische Kunsthandwerker mischten Goldchlorid in geschmolzenesGlasundfärbtendasGlasaufdieseWeiserot.
Siewusstenzwarnochnicht,dassdieseGoldpartikelnanoskaligsind,aberbisheutesindinMünstern
undKathedralensolchepurpurngefärbtenFenster
zubewundern.
Nanomaterialienkönnenanderephysikalischeund
chemische Eigenschaften haben als die gleichen
StoffemiteinergrößerenStruktur.ImVerhältniszu
ihrem Volumen haben Nanomaterialien eine sehr
vielgrößereOberfläche,wasdiechemischeReaktivitäterhöht.
Natürliche Nanostrukturen
Nanostrukturen sind nicht nur ein altes, sondern
aucheinnatürlichesPhänomen.Esfindensichviele
Anwendungsgebiete für Nanostrukturen, die die
Naturhervorgebrachthat:zumBeispieldieselbstreinigende Wirkung der Lotusblume, die Haftwirkung
der Füße des Geckos, die Farben von SchmetterlingsflügelnodersalzhaltigeAerosole.
Definition Nanotechnologie
Nach der Definition der NanoKommission der deutschenBundesregierung(2008)umfasstderBegriffNanotechnologie„verschiedeneVerfahrenzurUntersuchung
und zur gezielten Herstellung und Anwendung von
Prozessen,Strukturen,SystemenodermolekularenMaterialien, die in mindestens einer Dimension typischer
Weise unterhalb von 100 Nanometern (1nm = 10-9m)
liegen.“ Dabei werden molekulare Strukturen und ProzesseunterhalbvoneinemNanometernachderDefinitionderDINISOnichtalsNanotechnologiebezeichnet.
Im medizinisch-pharmazeutischen Bereich werden auch
Partikel bis zu 1.000 Nanometern den Nanopartikeln
zugerechnet,weilhierdiequantenmechanischenEigenschaftenderNanopartikelbis100NanometerkeineRollespielen.
Bionik-Forscher haben diesen Haftmechanismus
schon vor einigen Jahren untersucht und beschrieben. Ansätze zur technischen Nutzung derartiger
Haftverbindungenfindensichbeispielsweiseinder
Behandlung von Trommelfellverletzungen oder
beim Wundverschluss. Selbsthaftende Verschlussmaterialien vermeiden Entzündungen, die beim
Nähen durch Knoten entstehen, und schließen die
BeschädigungvonabgeheiltemGewebebeimEntfernenaus.DiesistnureinesvonvielenBeispielen
vonNanotechnologieinderMedizin,beidenender
Mensch von der Natur gelernt und diese ErkenntnisseinindustrielleProdukteumwandelthat.
Ein Beispiel: Die Haftwirkung des Geckos
GeckosgehörenzudenerfahrenenNutzernvon
Nanostrukturen:AndenSpitzenihrerZehenbefindetsicheinespezielleOberflächenstruktur,die
aus Milliarden feinster Härchen besteht. Sie sorgen für eine ausreichend große Oberfläche und
könnendasTierdurchbessereAnhaftungtragen.
Umsichfortzubewegen,löstderGeckodenHaftkontaktdurcheinfachesAufrollenseinerZehen.
Foto: nico99, www.fotolia.de
5
Überblick Nanomedizin
Der hier vorliegende kurze Überblick über die
Nanomedizin beschreibt den Einsatz der Nanotechnologie in den Bereichen der Diagnose und
Therapie von Krankheiten, der regenerativen Medizin sowie zur Verbesserung der Lebensqualität.
Die Nanotechnologie erlaubt die gezielte HerstellungundHandhabungvonMaterialienaufder
GrößenskaladerGrundbausteinedesLebens.Aus
dem Zusammenspiel der Nanotechnologie mit
demwachsendenWissenumdieFunktionvonMolekülen, Genen und Proteinen entstand die neue
Disziplin Nanomedizin. Dank nanotechnologischer
EntwicklungenprofitiertinsbesonderedieMedizin
von einem Innovationsschub und eröffnet somit
heuteneueAnsätzefürdieDiagnoseundHeilung
vonKrankheiten.
FürdieNanotechnologiegibtesvieleAnwendungsfelder im Bereich der Medizin. Die wichtigsten
Einsatzgebiete sind zurzeit die In-Vitro-Diagnostik
sowie der gezielte Transport von Wirkstoffen und
Arzneimitteln. Nanoobjekte transportieren Wirkstoffe gezielt in krankes Gewebe. So können Nebenwirkungen verringert oder die Überwindung
biologischer Barrieren wie der Blut-Hirn-Schranke
oder der Blut-Luft-Schranke ermöglicht werden.
Mit Hilfe nanoskalig dimensionierter Wirkstoffe
kann ihre Löslichkeit und damit die Bioverfügbarkeiterhöhtwerden.
Marktpotenzial der Nanomedizin
Nanotechnologie – starke Ausgangssituation in Deutschland
Die Nanotechnologie hat eine starke Basis in
Deutschland. Der Standort gilt mit den USA,
Korea und Japan weltweit als führend.
DamitderStandortDeutschlandinternationalwettbewerbsfähig bleibt, fördert die Bundesregierung
mit der Hightech-Strategie 2020 den Einsatz der
Nanotechnologie als eine Schlüsseltechnologie.
Der Nanotechnologie-Standort Deutschland hat
weltweit vor allem in folgenden Bereichen eine
große Bedeutung: Mess- und Gerätetechnik
(zum Beispiel Nanoanalytikgeräte, Ionenstrahlbearbeitungsanlagen), Optik (Röntgenoptiken,
Diodenlaser, OLED) sowie bei bestimmten Nanomaterialien und -beschichtungen. Hier wird
Deutschland in dem vom Bundesforschungsministeriumbeauftragtennano.DE-Report2013vonden
befragtenUnternehmenalsführendeingeschätzt.
Anwendungfelder der Nanotechnologieforschung
AnzahlderInstitutionen
80
70
60
75
71
64
50
40
40
40
30
35
23
20
10
0
6
NanomedizinistdasAnwendungsfeldderNanotechnologie,das
nachEinschätzungöffentlicherForschungsinstitutionenindennächsten
5bis10Jahrenamstärkstenvonder
Nanotechnologieforschungprofitierenwird.DieAngabenbasierenauf
Einschätzungender151befragten
Nanotechnologie-ForschungseinrichtungenderAkteursbefragung
desVDITechnologiezentrums2013.
Quelle: BMBF nano.DE-Report 2013
Medizin
Elektronik Energie
& Pharma
Chemie
Optik
Umwelt
Maschinenbau
Nano-Unternehmen und -Forschungseinrichtungen:
Hessen mit Spitzenstellung
In Deutschland sind laut der vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) betriebenen Datenbank nano-map (www.nano-map.de)
rund 1.100 Unternehmen mit dem Einsatz der
Nanotechnologie in Bereichen der Forschung und
Entwicklung sowie der Vermarktung kommerzieller Produkte und Dienstleistungen tätig.
Etwa 160 dieser Unternehmen befinden sich in
Hessen. Nanotechnologie ist eine Technologie,
die nicht nur in großen multinationalen Unternehmen genutzt wird. Der Anteil der kleinen und
mittleren Unternehmen mit nanotechnologischer
Ausrichtung liegt heute bei 75 Prozent. Nach der
Akteursbefragung aus dem nano.DE-Report 2013
liegtdieAnzahlderindustriellenArbeitsplätzebei
rund 70.000 in Deutschland. Der Gesamtumsatz
deutscher Nanotechnologieunternehmen hat zwischen 2010 und 2013 um rund 2 Milliarden Euro
aufrund15MilliardenEurozugenommen.Zuden
wichtigsten Anwendungsfeldern dieser UnternehmenzähltdieElektronikgefolgtvondenBranchen
Medizin/Pharma, Automobil-, Optik- und Chemie-
industrie. In Hessen ist laut nano-map bereits ein
Sechstel der Nanotechnologieunternehmen in der
Gesundheitswirtschafttätig.
Etwa 800 Forschungsinstitutionen arbeiten in
DeutschlandinderNanotechnologie.DieQualität
und der derzeitige Entwicklungsstand der Nanotechnologieforschung werden insgesamt von den
hier tätigen Unternehmen als hoch eingeschätzt.
IndennächstenfünfbiszehnJahrenrechnetman
einerBefragungzufolgedamit,dassvorallemdie
Bereiche Medizin/Pharma, Elektronik und Energie von den Forschungsergebnissen aus dem Bereich der Nanotechnologie profitieren werden.
Die Europäische Union förderte in ihrem siebten
Forschungsrahmenprogramm die Forschung im
Bereich der Nanotechnologie in den Jahren 2007
bis2013mitinsgesamt3,5MilliardenEuro.ImFolgeprogrammHorizont2020wirddieseFörderung
fortgeführt. Deutschland steht übrigens mit rund
440MillionenEuroannationalenöffentlichenFördermittelninEuropaanderSpitzeimBereichder
ForschungsförderungfürdieNanotechnologie.
Marktprognosen Nanomedizin
Marktsegment Gesundheit
Nanomedizin
Weltmarktvolumen/Bezugsjahr
CAGR
Quelle
43,2Mrd.$(2011)
96,9Mrd.$(2016)
14%
4Mrd.$(2011)
8,6Mrd.$(2016)
17%
NanomedizinischeProduktegegenKrebs
5,5Mrd.$(2011)
12,7Mrd.$(2016)
18%
AnwendungenfürErkrankungendeszentralenNervensystems
14Mrd.$(2011)
29,5Mrd.$(2016)
30%
AnwendungengegenEntzündungen
7,3Mrd.$(2011)
14,8Mrd.$(2016)
15%
AnwendungengegenInfektionen
9,3Mrd.$(2011)
14,8Mrd.$(2016)
10%
Biochips(DNA-,Protein-Analyse,Wirkstoffforschungetc.)
3,9Mrd.$(2011)
9,6Mrd.$(2016)
20%
BCC20112
21,6Mrd.$(2012)
53,5Mrd.$(2017)
20%
BCC20123
AnwendungenfürHerz-/Kreislauferkrankungen
BCC20121
NanopartikelanwendungenfürBiotechnologie,DrugDelivery,Wirkstoffentwicklungund-formulierung
NanotransporterfürArzneistoffe
250Mio.€(2013)
k.A.
k.A.
DNA-ÜbertragungmitmagnetischenNanopartikeln
50Mio.$(2013)
k.A.
k.A.
Zellisolierung/-markierungmitfunktionalisiertenNanopartikeln
70Mio.$(2013)
k.A.
k.A.
Immuno-PCRfürultrasensitivenProteinnachweis
400Mio.$(2013)
k.A.
k.A.
NanokompositefürZahnfüllungen(Deutschland)
50Mio.$(2013)
k.A.
k.A.
2Mio.€(2013)
k.A.
k.A.
VDITZ20134
Retina-Implant
Quelle: BMBF nano.DE-Report 2013, darin:
1
BCC 2012: „Nanotechnology in Medical Applications: The Global Market“, Marktreport abstract
2
BCC 2011: „Global Biochip Markets: Microarrays and Lab-on-a-Chip“, Marktreport abstract
3
BCC 2012: „Nanoparticles in Biotechnology, Drug Development and Drug Delivery“, Marktreport abstract
4
VDI TZ 2013: Unternehmensbefragung nano.DE-Report 2013, Juni 2013
7
Nanomedizin – höchstes Wachstumspotenzial
MiteinerF&E-QuotevonjeweilsrundneunProzent
zählendieMedizintechnikbrancheunddiepharmazeutische Industrie zu den forschungsintensivsten
BrancheninDeutschland.NanotechnologischeProduktehabeninderMedizinbereitseineerhebliche
wirtschaftliche Bedeutung. Der weltweite Umsatz
mit derartigen Produkten, der nach Angaben des
Marktforschungsunternehmens BCC Research im
Jahr2011rund31MilliardenEurobetrug,wirdsich
bis2016mehralsverdoppeln.DiegrößtenUmsätze
werdendabeimitNanopartikelanwendungenfürErkrankungendeszentralenNervensystemssowiemit
Applikationen für die gezielte Verabreichung von
Medikamenten (Controlled Drug Delivery), verbesserteWirkstoffentwicklungund-formulierungerzielt.
Anwendungsfeld
Gesundheit
Derzeit gibt es etwa 100 Produkte auf dem Weltmarkt, die der Nanomedizin zugerechnet werden
können, ein Drittel davon sind pharmazeutische
Produkte.Ungefähr150weitereProduktebefinden
sich in der klinischen Erprobung. Auch neuartige
nanotechnologische Analyseverfahren, mit denen
auch die Aufklärung von Krankheitsursachen und
-mechanismenmöglichseinwird,tragenzumFortschrittinderDiagnostikundTherapiebei.
InderdeutschenNanomedizingibtesindennächsten fünf bis zehn Jahren zahlreiche Anwendungsfelder, die aus Sicht von Forschungseinrichtungen
sehraussichtsreichsind.DiefolgendeTabellezeigt
diese Anwendungsfelder und die entsprechende
EinschätzungderExperten:
Deutschland unter führenden Nationen genannt
Deutschland noch nicht unter führenden Nationen genannt
•PlasmonischeNanosensoren(D,USA)
•BiokompatibleWerkstoffefürProthesen/Implantate(USA)
•NichtinvasiveMagnetotaxis(D)
•NanopartikelfürpulmonalePharmazie(USA)
•Bio-nano-Wechselwirkung/Risikoforschung(USA,D)
•Spin-Hybride(Magnethybride)fürTherapie/Diagnostik(USA)
•MolekulareBildgebung(D)
•Zellersatztherapiefürneurodegene-
•DrugDelivery,Nanoverkapselung(USA,JP,D)
rativeKrankheiten(USA,SE)
•Biosilica/Biomineralisation(D)
•KolloidaleImpfstoffträger(USA)
•MagnetischeNanopartikelfürdieDiagnostik/
Therapie/Biotechnik(USA,D,F)
•KnochenaufbaumaterialienfürdieregenerativeMedizin(k.A.)
•Wundauflagen(k.A.)
•DrugDelivery(USA,D)
Nanotechnologie: ForschungsgebietemitaussichtsreichenMarkt-undProduktpotenzialenindennächstenfünfbiszehnJahrenmit
ZuordnungzumjeweiligenAnwendungsfeld.InKlammernsinddiejeweilsbenanntenführendenNationenaufgeführt.DieAngaben
basierenaufdenimnano.DE-ReportveröffentlichtenEinschätzungender151befragtenNanotechnologie-Forschungseinrichtungen
derAkteursbefragungdesVDITechnologiezentrums2013
8
Einsatzgebiete der
Nanotechnologie in der Medizin
Es gibt zahlreiche Einsatzgebiete von Nanotechnologie in der Medizin.
In dieser Broschüre stellen wir exemplarisch einige Anwendungen vor,
die in den vier Kapiteln Diagnostik, Therapie, Regenerative Medizin und
Lebensqualität erläutert werden.
Die neuen Technologien versprechen große Fortschritte im Bereich der DiagnostikundTherapie.InsbesonderedieBehandlungsmöglichkeitenvonVolkskrankheiten wie Krebs und Herz-Kreislauf-Erkrankungen sowie Erkrankungen
des Nerven- oder Gefäßsystems wie Alzheimer oder Parkinson, die mit dem
demografischen Wandel einhergehen, werden sich verbessern. Nanotechnologische Verfahren haben hier einen dreifachen Nutzen: Sie ermöglichen es,
Krankheiten früher zu diagnostizieren, Therapien mit geringeren Nebenwirkungen zu entwickeln sowie die Wirksamkeit einer Behandlung schneller zu
überprüfen.
In der regenerativen Medizin eröffnet der Einsatz von Nanomaterialien, insbesonderenanostrukturiertenBeschichtungen,dieAussichtaufeinebessere
Verträglichkeit. In Zukunft wird sich die medizinische Versorgung neben der
In-Vitro-undIn-Vivo-DiagnostiksowiederBehandlungderSymptomezunehmend der Prävention von Krankheiten widmen und so zur Verbesserung der
Lebensqualitätbeitragen.
9
Diagnostik
Im Bereich der Diagnostik wird zwischen In-VivoVerfahren, also bildgebenden Verfahren wie
Röntgen, Ultraschall, Magnetresonanz sowie den
nuklearmedizinischen Verfahren und den Laborverfahren (In-Vitro) mittels Flüssigkeits-, Sekretund Gewebeproben unterschieden.
diagnostizierenundihreEntstehungundihrenVerlaufzuverstehen.
Seit langem zeichnet sich ab, dass innerhalb der
In-Vivo-Diagnostik die Nanotechnologie einen
großen Beitrag für die Entwicklung neuartiger
Kontrastmittel leisten wird. Mit Hilfe von Nanopartikeln in Kontrastmitteln kann unter anderem
KrebsbereitsvordemAuftretenvonerstenSymptomen erkannt werden. In der In-Vitro-Diagnostik
ermöglichennanotechnologischeVerfahrenschnellereAnalyseergebnisseunddieDurchführungvon
Selbsttests der Patienten. Nanotechnologisch verbesserteIn-Vitro-Diagnostikabenötigenzudemnur
nochgeringeMengenvonChemikalien.
Entwicklung der bildgebenden Verfahren
Im vergangenen Jahrhundert wurden in der diagnostischenBildgebunggroßeErfolgemitderEinführung und der Verbesserung von Verfahren wie
Röntgen, Ultraschall, Computertomografie (CT)
und den nuklearmedizinischen Verfahren erzielt.
Nach der Entdeckung der Röntgenstrahlung im
Jahr1895wardieEntwicklungderBild-undElektronenröhreneingroßerDurchbruch.DieBildröhre
diente beispielsweise als spätere Grundlage für
Rasterelektronenmikroskope. Die Entwicklung der
gammastrahlungsfreien Magnetresonanztomografie(MRT)wareinweitererMeilenstein,nochbevor
neuartige Kontrastmittel dazu beitrugen, dass
durchschnellereBildgebungdieStrahlenbelastung
vorallemderCTreduziertwerdenkonnte.Mittlerweile werden die CT oder die MRT mit szintigrafischenVerfahren,beidenenbestimmteStoffwechselprodukteradioaktivoderfluoreszierendmarkiert
So können dann morphologische und physiologische Veränderungen in einer Untersuchung
nachgewiesen werden. Durch die permanente
Entwicklung neuer Biomarker auf der Basis von
Kohlenhydraten, Proteinen und DNA-Molekülen
gelingtesheuteimmereffizienter,Krankheitenzu
10
In-Vivo-Diagnostik:
Bildgebende Verfahren
werden, kombiniert und dienen so zum Beispiel
zumNachweisstoffwechselintensiverTumorzellen.
Molekulare Bildgebung
DiemolekulareBildgebungvisualisiertmolekulare,
biochemischebeziehungsweisezelluläreVorgänge.
EsistdasZiel,durchdieVerwendungvonBiomarkern Krankheiten früher, vielleicht sogar vor dem
AuftretenvonerstenSymptomenzuerkennen.Des
WeiterenkanndiemolekulareBildgebungInformationen über die Ausprägung einer Krankheit und
die Medikamentenwirkung zeitnah erfassen. Frühdiagnosen, Risikoklassifizierungen und TherapiekontrollensindaufdieseWeisemöglich.DazubeschleunigtsichauchderWegzurDiagnose.Bereits
während der Durchführung des diagnostischen
VerfahrensliegenInformationenvor,diesonsterst
mehrereTagenachderUntersuchungdurcheinen
Pathologenverfügbarwären.
Krebsvorsorge
Mit Hilfe einer Krebsvorsorgeuntersuchung ist es
möglich,Tumorerkrankungenbereitsineinemfrühen Stadium zu entdecken. Die Heilungschancen
sind deutlich höher, wenn noch keine Symptome
auftreten. Bestimmte mit Antikörpern oder Farbstoffen markierte Nanoobjekte können die Früherkennung verbessern, indem sie an ein pathologisches Zielmolekül am Krankheitsherd andocken
unddiesensosichtbarmachen.ZumBeispielwerden bereits heute Nanopartikel aus Gold als TrägerfürAntikörperzurEntdeckungvonTumorzellen
verwendet.
Photoakustische Bildgebung
MithilfegeeigneterKontrastmittelkanndiePhotoakustik tumoröses von gesundem Gewebe unterscheiden. Sie verbindet dabei die Vorteile der
optischenBildgebungmitdemgutenAuflösungsvermögen der Ultraschallbildgebung bei hohem
KontrastinstarkstreuendemGewebe.*
Goldnanopartikel als Kontrastmittel in der
Krebsvorsorgeuntersuchung
Gadolinium
Nanopartikel
Zielfindungsmolekül
Tumormarker
Krankes Gewebe
Wissenschaftler vom Fraunhofer-Verbund Life Scienceserforschen,wieNanopartikelalsKontrastmittel für die photoakustische Bildgebung eingesetzt
werdenkönnen.BeidiesemVerfahrenkommenNanopartikelzumEinsatz,dieLichtimsichtbarenund
iminfrarotnahenBereichdesoptischenSpektrums
absorbieren.DieseNanopartikelkönnendannüber
molekularbiologischeVeränderungenimZielgewebeAufschlussgeben.
Wenn solche Nanopartikel in ausgewählten Geweben oder Zellverbänden angereichert werden,
absorbierensiedortdasLichtineinemdefinierten
Spektrum,daszurDiagnosebeiträgt.ErsteErfolge
gibt es bereits. Die Forscher des Fraunhofer-VerbundshabenphotoakustischeBildgebungssysteme
fürdiehochsensitiveEntdeckungvonbestimmten
ZielstrukturenamKleintiermodellentwickelt.
* Quelle: RuhrUniversität Bochum,
Forschungsgebiet
Photoakustik,
www.ptt.rub.de
Einsatz von Nanomaterialien für die
molekulare Bildgebung in der Krebsdiagnostik und -therapie;
Dr. Twan Lammers von der RHTW Aachen
Quelle: RWTH Aachen
Foto: Peter Winandy
11
Magnetresonanztomografie (MRT) liefert
Schnittbilder des Körpers
In der medizinischen Diagnostik wird die Magnetresonanztomografie (MRT) inzwischen häufig eingesetzt. Mit Hilfe einer MRT können Schnittbilder
desgesamtenKörpersodereinzelnerOrganeohne
radioaktiveStrahlungerzeugtwerden.
Nanoteilchen aus Magnetit
Kontrastmittel auf Basis von Eisenoxiden (Magnetit) verbessern die Aussagekraft eines MRT-Bildes
erheblichundsindfürdenPatientensehrgutverträglich. Durch den Einsatz dieser Kontrastmittel
können Lebertumoren früher erkannt und besser
therapiert werden, da Metastasen in der Leber
durch Kontrastmittel deutlich von gesundem Gewebe unterschieden werden können. Leider ist
die Anwendung der Kontrastgeber auf EisenoxidbasisaufdasOrganLeberbeschränkt,dadieAufnahmeraten von Nanopartikeln auch vom Zelltyp
abhängen. Deutsche Forscher untersuchen inzwischen,obdasNachweisverfahrenauchaufandere
Organeanwendbarist.
ArzneimittelwirkstoffelassensichauchandieOberflächen von Magnetit-Nanoteilchen binden und
könnensozumTherapieerfolgbeitragen.MitdieserTechnikgelingtauchdieBindungvonBiomar-
kernanMagnetit-Nanoteilchen,mitdenenTumorzellen gezielt identifiziert werden können. Diese
FormderVerknüpfungvonTherapieundDiagnostik wird unter dem neuen Begriff der Theranostik
zusammengefasst.
In-Vitro-Diagnostik:
Laborverfahren
InLaborverfahrenwirdinFlüssigkeits-,Sekret-und
Gewebeproben nach Bestandteilen gesucht, die
beispielsweise von Krebszellen, pathologischen
VeränderungenvonGewebeoderkardiovaskulären
Erkrankungen stammen können. Die Erkenntnisse
aus den so gewonnen Proben tragen zur Früherkennung von Krankheiten bei. Die Kontrolle des
Krankheitsverlaufs und des Therapieerfolgs sind
zweiweiterewichtigeFelder.ZunehmendeBedeutung gewinnt die In-Vitro-Diagnostik auch bei der
Erkennung von Risikofaktoren und somit als EntscheidungsgrundlagefürdieEinleitungpräventiver
Maßnahmen.
Als ein In-Vitro-Diagnostikum (IVD) ist in der IVDRichtliniederEUeinMedizinproduktdefiniert,das
alsReagenz,Reagenzprodukt,Test-Kit,Instrument,
Apparat, Gerät oder System – einzeln oder mit-
Beispiel: Bayer HealthCare –
Entwicklung von Biomarkern
Auf der Suche nach geeigneten Biomarkern nutzt Bayer HealthCare
Multiplex-Verfahren,umbestimmteProteinenachzuweisen,dieamKrankheitsgeschehenbeteiligtsind.InRoutinetestswerdenBlut-oderUrinprobenvonPatientenauf60bis80dieserProteinehinuntersucht.Antikörper,
diegegentumorspezifischeProteinegerichtetsind,werdendazumiteinem
Fluoreszenz-Farbstoffmarkiert.WennderAntikörpersichandastumorspezifische Protein bindet, setzt er den Farbstoff frei und signalisiert so vor,
währendodernachderTherapie,dassTumorgewebevorhandenist.
DNA-ChipskönnendiekompletteineinerZellegebildetenBoten-RNAabbilden.DieBoten-RNAentstehtausDNAundüberträgtInformationenzur
HerstellungvonProteinenindenEiweißfabrikenderZelle,denRibosomen.
GeeigneteBiomarkererkennenVeränderungenimRNA-SpiegelvonkrankenZellen(zumBeispielKrebszellen)undkönnenwertvollediagnostische
Hinweisegeben.
Quelle: Bayer HealthCare AG,
pharma.bayer.com/de/forschung-und-entwicklung/technologien-trends/biomarker
12
einander kombiniert – zur In-Vitro-Untersuchung
von aus dem menschlichen Körper stammenden
Proben, einschließlich Blut- und Gewebespenden,
verwendet wird und dazu dient, Informationen zu
liefernüberphysiologischeoderpathologischeZustände, über angeborene Anomalien, zur Prüfung
auf Unbedenklichkeit und Verträglichkeit bei den
potenziellen Empfängern oder zur Überwachung
therapeutischerMaßnahmen.
Biomarker – Schlüsselelement der
personalisierten Medizin
Als Biomarker kann jede Veränderung bezeichnet
werden, durch deren Messung Erkenntnisse zum
Gesundheitszustand beziehungsweise KrankheitsverlaufgewonnenundTherapieerfolgeermöglicht
werden können. Ein alltägliches Beispiel für einen
Biomarker für Herz-Kreislauf-Erkrankungen ist die
Blutdruckmessung.
Biomarker können anzeigen, ob eine Krankheit
oder eine Gefährdung für den Patienten vorliegt.
Auf molekularer Ebene wird die Expression bestimmter Gene als Biomarker genutzt, um die
passende Behandlung für einen Krebspatienten
festzulegen.SomitsindBiomarkereinSchlüsselelementderpersonalisiertenMedizin.SiehelfenInformationenüberindividuelleErfolgsaussichteneiner
Therapiezugenerieren.
DieIn-Vitro-DiagnostiknutztzumBeispielSchnelltestsaufderBasisvonGold-Nanopartikeln,dieauf
solcheBiomarkerreagieren.BekanntestesBeispiel
Winzige Lab-on-a-Chip-Systeme statt großer Analysegeräte
Quelle: Fraunhofer CMI
hierfüristderSchwangerschaftstest.Einbestimmtes Hormon, das im Urin einer schwangeren Frau
vorhandenist,bewirktdieVerfärbungderaufdem
Teststreifen befindlichen Gold-Nanopartikel. Die
veränderteFarbezeigtdaspositiveErgebnisan.
Lab-on-a-Chip
In den vergangenen Jahren sind große AnalyseGeräteinLaboratorienzuwinzigenLab-on-a-ChipSystemengeschrumpft.AufeinemeinzigenMikroprozessor-ChiprufenBiomarkermitextremkleinen
Flüssigkeitsmengen eine Farbreaktion hervor, die
dannausgewertetwerdenkann.EinLab-on-a-Chip-
Beispiel: NanoScale Systems –
Miniaturisierte Applikationen für
Lab-on-a-Chip
DieNanoScaleSystemsGmbHentwickeltinDarmstadtneuartigeVerfahren für die Bearbeitung und Veredelung von mikro- und nanofabrizierten
Sensoren.SpezielleProzesstechnologienermöglichendrastischverkleinerteSystemgrößenvonmikro-undnanoelektromechanischenSystemkomponenten.DieEinsatzmöglichkeitenerstreckensichdabeiaufdasDesignvon
Lab-on-a-Chip-Anwendungen bis hin zur DNA-Analyse. Chiparchitekturen
dernächstenGeneration,fürbiochemischeNachweisverfahrenbisaufEinzelmolekülebene,werdenindennächstenJahrenerheblichanBedeutung
gewinnen.
Quelle: NanoScale Systems GmbH, www.nanoss.de
13
Test kann in wenigen Minuten zu einem Ergebnis
führen.AufgrundseinereinfachenHandhabungist
kein geschultes Personal notwendig oder die PatientenkönnendieTestssogarselbstzuHausevornehmen.Die„Mini-Labore“sindzudemgünstiger
inderAnschaffungundschonendurchdiegeringe
Menge an Chemikalien die Umwelt. Neben der
medizinischen Diagnostik wird die Lab-on-a-ChipTechnologiekünftigauchinanderenAnwendungen
wiederMedikamentenentwicklungoderderNahrungsmittelindustrieeinegroßeRollespielen.
Beispiel: Sensitec –
Magnetische Nano-Sensoren und
mobile Diagnostiksysteme
DashessischeUnternehmenSensitecentwickeltundproduziertSensoren,
die auf dem Riesenmagnetowiderstand GMR basieren. Die Magnetfeldsensoren nutzen wenige Nanometer dünne Einzelschichten oder Schichtsysteme, die ihren elektrischen Widerstand durch den Einfluss äußerer
MagnetfelderändernundaufdieseWeiseWinkel,Abstände,Magnetfelder
undStrommessenkönnen.DieseTechnikwirdzumBeispielbereitsheute
inderAutomobilindustrieundderRaumfahrtgenutzt.
DerzeitentwickeltSensitecdiemedizinischeAnwendungderTechnologie
in Kooperation mit anderen deutschen Unternehmen und der Universität
Bielefeld im Rahmen des Forschungsprojekts „BeadPlus“ des BundesministeriumsfürBildungundForschungzurFörderungmobilerDiagnostiksysteme.
HierwerdenMöglichkeitenfürkostengünstigere,schnellereundsicherere
Diagnostik von Viren oder anderen biologischen Substanzen durch BioGMR-Sensorik erprobt. Der Einsatz von GMR-Sensoren bei gleichzeitiger
Anwendung magnetischer Nanoteilchen (Beads) ermöglicht eine stark
vereinfachte Diagnostik. Die Methode könnte zum Beispiel in der KrebsbehandlungzurschnellenundgenauenZählungvonBlutbestandteilenwie
Thrombozyteneingesetztwerden.DazuwirdeinSensorzurDichtemessung
vonmagnetischgekennzeichnetenBiomolekülenangewendet.
Quelle: Sensitec GmbH, www.sensitec.com
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Therapie
Zur Therapie von Krankheiten lassen sich Nanoobjekte und Moleküle einsetzen. Mit Hilfe von
funktionalisierten Nanopartikeln können Wirkstoffe gezielt in Organen oder erkrankten Geweben angereichert werden.
Bei anderen Applikationsformen dagegen wie Tabletten, Kapseln oder Salben erreicht zumeist nur
ein kleiner Wirkstoffanteil den gewünschten Wirkort, da sie aufgrund ihrer mikroskaligen Strukturierungschlechterbioverfügbarsind.DerWirkstoff
verteilt sich also unspezifisch im Körper und kann
so Nebenwirkungen auslösen. Zudem besteht bei
Arzneimittelformen wie Peptiden und Proteinen
dieProblematik,dassdieseimMagen-Darm-Trakt
zuschnellabgebautwerdenundnichtzumerkranktenGewebegelangen.NanoskaligeTrägersysteme
ermöglichendenTransportvonArzneistoffendurch
biologische Barrieren wie die Blut-Hirn-Schranke.
Damit sind Therapien von Hirntumoren oder von
Erkrankungen wie Alzheimer, Parkinson oder MultiplerSklerosemöglichgeworden.
Ein weiteres Einsatzgebiet der Nanotechnologie in der Medizin ist die Blutreinigung (Dialyse).
Durch die Verwendung von nanoporösen Filtermembranen, die der natürlichen Nierenstruktur
ähneln, können unerwünschte Schadstoffe entfernt
werden,nützlicheProteineverbleibenimBlut.
Beispiel: Microdyn-Nadir –
Saubere Wirkstoffe durch
Nanofiltrationen
DieWiesbadenerMicrodyn-NadirGmbHisteinHerstellervonMembranen
fürMikro-,Ultra-undNanofiltrationsanwendungen.DieseMembranenwerdenvoralleminFermentationsverfahren,alsoderbiosynthetischenErzeugung von Stoffen mit Hilfe von Bakterien oder Pilzkulturen, genutzt und
findenunterandereminderProduktionpharmazeutischerWirkstoffeAnwendung.BeispielsweiselassensichImpfstoffe,Antibiotikaodersogenannte monoklonale Antikörper, die in der Krebstherapie eingesetzt werden,
durchFermentationherstellen.
Quelle: Microdyn-Nadir GmbH, www.microdyn-nadir.com
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AuchfürdiepharmazeutischeIndustriehatdieNanotechnologiegroßeVorteile.Filtrationssystemein
nanoskaliger Dimension können Prozess-, Kosten-
undQualitätsvorteilebringen.
Wirkstofftransport
BeiderEntwicklungneuerMedikamentestellendie
Formulierung und die Darreichungsform, zum BeispielalsTablette,KapseloderLösung,einederwesentlichenHerausforderungendar.VieleneueWirkstoffescheiterngeradeandieserHürde–esgibtfür
sie noch keine Formulierung, die eine spezifische
WirkunganeinembestimmtenOrtüberdenbeabsichtigtenZeitraumermöglicht.
Drug Delivery und Targeting
Um ein Höchstmaß an erwünschter Wirkung bei
geringen Nebenwirkungen zu erreichen, benötigt
manTransportsysteme,dieeinenWirkstoffgezielt
zumkrankenGewebetransportieren.DieMedikamentewerdendazuannanoskaligeTrägersysteme
(Drug Delivery Systems) gebunden. Dadurch wird
es möglich, dass Arzneimittel erst am anvisierten
ZielortihreWirkungentfalten(DrugTargeting),wodurchNebenwirkungenverringertwerden.
Die Darreichungsform ist ebenso entscheidend
wie der Wirkstoff selbst
Ob aus einem Wirkstoff ein Medikament wird,
entscheidet sich nicht selten an der Formulierung. Daher erforschen Hersteller wie die Merck
KGaA in Darmstadt auch die Entwicklung neuer
Trägersysteme für Medikamente. Ein von Merck
angewendetes Verfahren zur Verbesserung von
Auflösungsgeschwindigkeit und Löslichkeit sowie
Permeabilität ist unter anderem die Schmelzextrusion. Hierbei wird der Wirkstoff in Nanogröße
mit einem gut löslichen Polymer eingeschmolzen,
abgekühlt,extrudiertundvermahlen.DasPolymer
löst sich im Magen schnell auf und damit verteilt
sich auch der Wirkstoff. Auch Nanosuspensionen
oderliposomaleVerkapselungenwerdenaufeinen
möglichen Einsatz geprüft. Häufig geht es dabei
um die genauere räumliche oder zeitliche PositionierungderWirkstofffreisetzung,diezueinerbesserenBioverfügbarkeitdesWirkstoffsführensoll.
Wirkstofftransportsysteme im Nanoformat
ZudennanoskaligenTrägersystemengehörenbeispielsweise kugelförmige Liposome. Gegenwärtig
sind verschiedene Medikamente auf liposomaler
BasiszurBehandlungvonPilzinfektionen,Augenerkrankungen und bestimmten Krebserkrankungen
(Chemotherapie) zugelassen. Die Chemotherapie
soll die Tumorzellen abtöten beziehungsweise ihr
Wachstumhemmen.Leiderhabenvielediesermedikamentösen Therapieformen starke Nebenwirkungen wie Beeinträchtigungen der Schleimhäute
imMundundimVerdauungstrakt,Schädigungder
BlutbildungimKnochenmarkoderHaarausfall.Die
Nebenwirkungenentstehendadurch,dassdieTherapienichtkrebsspezifischwirkt,sondernjegliches
schnell wachsendes Gewebe angreift. Hier kann
die Nanotechnologie Fortschritte bringen, indem
sie es ermöglicht, dass ein Wirkstoff zielgerichtet
diekrankheitsverursachendeZelleschädigenkann:
Nanopartikel, die mit speziellen Überzügen ummantelt sind, werden vom Immunsystem nicht als
fremd erkannt. Durch diese erhöhte Biokompatibilität können die Nanopartikel länger im Körper
verbleiben.Hinzukommenmussabernochdieprä-
Nanopartikel reichern Wirkstoffe gezielt in Tumorzellen mit beschädigter Endothelschicht an
N
16
N
Nano-Maiskolben
Silica-Partikel, mit einem hydrodynamischen Durchmesser von etwa 800
Nanometern, die durch eine bestimmte
Abformtechnik unter Verwendung von
Agarose in Kolbenform gebracht werden.
Quelle: Clemens Tscheka, Marius Hittinger,
Pascal Schommer, Katrin Voos,
Nicole Daum, Marc Schneider;
Universität des Saarlandes/cc-NanoBioNet e.V./
Deutscher Verband Nanotechnologie e.V.
zise Positionierung des Wirkstoffs. Der WirkstoffTransporter kann aufgrund seiner Größe nur in
Zellzwischenräume von krankem Gewebe eindringen und zerstört von dort die erkrankte Zelle. In
gesundemGewebehabenBlutgefäßeeineintakte
Endothelschicht. Diese Schicht in der Wand von
BlutgefäßenkannvondemnanoskaligenWirkstoff
nichtdurchdrungenwerden.Daaberinsbesondere in Tumorgeweben die Blutgefäße eine höhere
Durchlässigkeitaufweisen,reichernsichWirkstoffe
dortan.Mitdiesem„Verkapselungs-Trick“kannes
inZukunftgelingen,diestarkenNebenwirkungen
derChemotherapiezuverringern.
Forschung für neue Testsysteme
IndenvergangenenJahrenhabendurchdasFehlen kostengünstiger Herstellungsprozesse sowie
geeigneterTestsystemenurwenigeTrägersysteme
eine Zulassung erhalten. Ziel einer ForschungsgruppevonDr.MatthiasG.WackeranderUniversitätinFrankfurtistdeshalbdieEvaluierungneuer
Trägermaterialien und Herstellungsprozesse, die
unter anderem bessere Voraussetzungen für die
großtechnische Produktion nanoskaliger Arzneistoffträgerschaffensollen.DenSchwerpunktder
ForschungderArbeitsgruppebildetdieEntwicklung,HerstellungundCharakterisierungnanoskaligerArzneistoffträgersystemefürdieAnwendung
amMenschen.
HI-Viren besitzen bestimmte Proteine, die sich an
Zellrezeptoren anlagern und den Virus so in die
Zelleneinschleusen.
Ein australisches Unternehmen entwickelte einen
WirkstoffkandidatenaufDendrimer-Basis.DasProduktisteinGel,welchesvorHIV-Infektionenschützensoll.DieDendrimermolekülereagierenmitProteinfragmentenaufderVirusoberfläche,verhindern
einAndockenunddadurcheinEindringendesVirus
indieZellen.DamitistdieInfektionskettewirksam
unterbrochen.
Charakterisierung und Interaktion mit
biologischen Barrieren
Der Arbeitskreis um Professor Marc Schneider
am Institut für pharmazeutische Technologie der
Philipps-Universität Marburg beschäftigt sich mit
der Entwicklung von neuartigen Wirkstoffträgersystemen. Im Zentrum des Interesses stehen die
Charakterisierung und die Interaktion mit biologischenBarrieren.DafürstudierendieForscherdie
Beladung der Trägersysteme mit verschiedenen
Wirkstoffen sowie deren Aktivität nach der zellulären Aufnahme. Schon vor seiner Berufung nach
MarburghatProfessorSchneideranderUniversität
desSaarlandesmitProfessorLehrzumBeispielden
„Nano-Mais“ entwickelt, ein Wirkstoff-Taxi, das
Arzneimittel direkt in kranke Lungenzellen transportiert. Dazu füllten die Wissenschaftler SilicaPartikelineinewinzigeSchabloneinStäbchenform
mit Löchern, wodurch die Miniatur-Maisstruktur
entsteht. Hieran werden die Wirkstoffe gekoppelt
und direkt in die Zelle gebracht. Der Transporter
bringtdenWirkstoffdurchdieBarrierederLungenschleimhaut,ohnevondenFresszellendesImmunsystemsvernichtetzuwerden.
17
Kontrollierte Freisetzung von Wirkstoffen
Darüber hinaus entwickeln Forscher derzeit auch
Nanotransporter mit kontrollierter Wirkstoffabgabe, sogenanntem „Controlled Release“. Diese
Partikel sollen ihre Fracht zu einem bestimmten
Zeitpunkt oder über eine längere Zeitspanne hinweg freigeben. Das lässt sich etwa über die Stabilität von Teilchen steuern, die mit Verzögerung
nur bei einem gewissen pH-Wert, beispielsweise
im sauren Milieu des Magens, abgebaut werden.
DamitkönnenWirkstoffeentwedergezieltundnur
andengewünschtenOrtzurgewünschtenZeitgesteuert werden oder die kontrollierte Freisetzung
wird eingesetzt, um die Wirkstoffkonzentration
übermehrereStundenimgewünschtenwirksamen
Bereich zu ermöglichen. Zudem wird Patienten
hierdurchdieMedikamenteneinnahmeerleichtert.
Verzögerte Wirkstofffreisetzung bei
Lungenerkrankungen
Derzeit sind inhalative Medikamente zur Therapie von Lungenerkrankungen mit den Nachteilen
einer kurzen Wirkungsdauer behaftet. Außerdem
gelangtnureingeringerAnteilanWirkstoffindie
Lunge,dergrößteTeilwirdausgeatmet.EineForschergruppe um Professor Seeger an der JustusLiebig-Universität Gießen entwickelte in ZusammenarbeitmiteinemhessischenUnternehmenein
Inhalationssystem,dasdurchnanoskaligeFormulie-
rungeneinegenaueundeffizienteAusbreitungder
MedikamenteinderLungeermöglicht.Eshandelt
sichumeinenInhalatormitkontrollierterDosisabgabe.ErerlaubtdieschnelleundgezielteVerabreichung des Medikaments und unterstützt, steuert
und kontrolliert den Atemfluss des Patienten, bis
ein optimales Inhalationsmuster erreicht wird. Das
Inhalationsgerät transportiert das verschriebene
AtemwegsmedikamentzurLungedesPatientenund
vermeidetsoNebenwirkungen,diedurcheineVerteilungimRachenentstehenwürden.
Therapeutische Biomarker
Mithilfe therapeutischer Biomarker lassen sich
krankhafte Prozesse erkennen und der Verlauf einer Therapie beobachten. Arzneimittelbezogene
Biomarker sind Parameter, die über die Wirksamkeit von Medikamenten in der Therapie Auskunft
geben. Hier hat die Genomforschung große Fortschritteermöglicht.HeutebeginntderForschungs-
und Entwicklungsprozess mit der Identifikation
eines Zielproteins (Target). Ein Zielprotein spielt
imVerlaufderKrankheiteineaktiveRolleundsoll
daher zur Therapie genutzt werden. So kann ein
Wirkstoff das Protein hemmen oder stimulieren,
um den Krankheitsverlauf positiv zu beeinflussen.
Erkenntnisse aus der modernen Genomforschung
unterstützendieForscherbeiderSuchenachmöglichenZielproteinen.
Wirkstoffkonzentration
Controlled release mittels Diffusion
GleichmäßigeFreisetzungvonMedikamentenübereinenlängerenZeitraum
Periodische
Wirkstoffgabe
ToxischerBereich
WirksamerBereich
Controlled
Release
UnwirksamerBereich
Zeit
Quelle: Robert-Bosch-Stiftung, Universität Karlsruhe
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Krebstherapie
Krebs: Häufige Ursachen unkontrollierten Zellwachstums sind Mutationen von Genen, also von
AbschnitteninderDNA,dieeinProteinkodieren.
GendefektewirkensichaufProteineaus,dieeine
entscheidendeFunktionfürdenAblaufmolekularer
ProzesseinderZellehaben.
DiederzeitigenMethodenfürdieBehandlungvon
Krebs unterscheiden nur unzureichend zwischen
Krebszellen und gesunden Zellen und sind daher
mit schweren Nebenwirkungen verbunden. Der
EinsatzvonNanotechnologiesolldenzielgenauen
EinsatzderMedikamenteermöglichen.
Strahlentherapie – mit Nano sicher ins Ziel
DurchdieEntwicklungvonBiomarkernwirdeszunehmendmöglich,gefährlicheTumorstammzellen
aufzuspüren. Die Positronen-Emissions-Tomografie oder auch die Kernspintomografie können an
BiomarkerngekennzeichneteStammzellenimKörper lokalisieren. Daraus ergeben sich neue MöglichkeitenfürdieStrahlentherapie.Jezielsicherer
die Tumorstammzellen markiert werden können,
desto präziser können Stammzellen unterschiedlicher Tumore mittels hochdosierter Strahlen zerstörtwerden.
Hyperthermie – Tumore durch Wärme zerstören
IndenletztenJahrenwurdeanderBerlinerCharité
ein neuartiges Verfahren zur lokalen Behandlung von Tumoren entwickelt. Die Grundlage des
Therapieverfahrens bilden eisenoxidhaltige Nanopartikel,diezuTherapiebeginndirektindenTumor
injiziert werden. Der Patient wird anschließend in
ein hochfrequentes Magnetfeld gelegt. Dieses
versetztdieNanopartikelinSchwingung,wodurch
WärmedirektimTumorgewebeentsteht.Dadurch
werden die Tumorzellen in Abhängigkeit von der
erreichtenTemperaturundderBehandlungsdauer
entwederdirektzerstörtoderfüreinebegleitende
Radio-oderChemotherapiesensibilisiert.
DerzeitwirdaneinerneuenGenerationdermagnetischenEisenoxid-PartikelfürdieKrebstherapiegeforscht,dieübereineArtOrtungssystem(Targeted
Delivery)verfügt,dasdieZielstrukturenerkennt.So
könnteninZukunftdiemitMolekülenangereicherten Eisenoxid-Partikel gezielt Tumore ansteuern,
umvondenKrebszellenaufgenommenzuwerden.
Der Vorteil: Die Nanoteilchen, die auch Krebsmedikamente tragen können, müssten nicht mehr in
die Nähe der erkrankten Zellen gebracht werden.
EineeinfacheInfusionindenBlutstromwürdedann
genügen und die Partikel fänden ihren Einsatzort
vonselbst.
Chemotherapie – patientenschonend
durch Nano
Die proteingebundene Nanopartikel-Chemotherapie Abraxane® des amerikanischen Herstellers
Celgene kombiniert den Wirkstoff Paclitaxel mit
Albumin,einemnatürlichvorkommendenmenschlichenProtein.LösungsmittelsindfürdieProzedur
nicht mehr notwendig. Dank der NanopartikelTechnologie kann eine deutlich höhere Dosis des
Wirkstoffs im Zielgewebe im Vergleich zum regulären lösungsmittelhaltigen Paclitaxel verabreicht
werden. Das Medikament hat, nachdem es seit
2008 in Europa bereits für die Behandlung von
metastasierendem Brustkrebs zugelassen war, zuletzt 2014 eine Erweiterung der Zulassung für die
ErstlinienbehandlungvonPatientenmitmetastasierendemBauchspeicheldrüsenkrebserhalten.
Chemotherapeutikum an der Oberfläche
von Nanodiamanten
AmerikanischeForscherhabenspezielle,„diamantenförmige“ Nanopartikel entwickelt, an die sich
Chemotherapeutika binden lassen. Nanodiamanten heißen die Transporter aus Kohlenstoff, die
einen Durchmesser von zwei bis acht Nanometer
aufweisen.DieForschungamRattenmodellhatergeben, dass sich durch diese Transportersysteme
der Wirkstoff (Doxorubicin) im kranken Gewebe
für eine längere Zeit anreichern konnte, während
dasgesundeGewebevomtoxischenWirkstoffverschontwurde.
Blutreinigung
Im Blut zirkulieren schädliche Substanzen, die aus
der Nahrung, aber auch aus dem Gewebe stammen können. Sie werden beim gesunden Menschen über die Niere oder die Leber ausgeschieden. Beim Versagen dieser Organe, zum Beispiel
bei nieren- oder leberkranken Patienten, ist diese
Ausscheidungsfunktion gestört oder nicht vorhanden. Diese Patienten müssen sich entweder einer
Blutwäsche (Dialyse) oder einer Leberersatztherapieunterziehen.
Dialysetechnik auf Basis nanofunktionalisierter
Membranen
Ein Dialyseverfahren wird normalerweise bei Patienten mit terminalem Nierenversagen eingesetzt.
Bei diesen Patienten ist die Niere nicht mehr in
19
der Lage, das Blut von Schadstoffen und giftigen
Substanzen zu reinigen, so dass diese wichtige
Filterfunktion des Organs von einem Dialysator
übernommenwerdenmuss.Stoffwechselgifteund
überschüssiges Wasser werden aus dem Blut gefiltert und anschließend von einer Spülflüssigkeit
abtransportiert.DamitkommtderPorengrößeund
derOberflächenbeschaffenheitderMembraneine
wichtige Rolle zu. Blutzellen und lebenswichtige
ProteinewieAlbuminsollendagegenimBlutverbleiben. Gleichzeitig sollte der Kontakt des Bluts
mitderOberflächederDialysemembrankeineImmunantwort auslösen. Mit einer Kombination aus
nanoporösen Membranmaterialien und spezifisch
ausgelegtenAdsorbersäulenkönneneinzelnePeptide bis hin zu kleinen Proteinen gezielt entfernt
werden.DieLebensqualitätvonPatientenkannauf
dieseWeisewesentlichverbessertwerden.
Nanoporöse Filtermembrane bei der Blutwäsche
DieApherese-Therapie,mitderProteineundAntikörperentferntwerdenkönnen,nutztwiedieBlutwäschedurchdieDialyseeinenBlutkreislaufaußerhalb des Körpers. Sie stellt jedoch keinen dauerhaftenNierenersatzdar,sondernwirdinersterLinie
beiAutoimmunerkrankungeneingesetzt.
Beispiel: Fresenius Medical Care –
Helixone® als Dialysemembran
InBadHomburgentwickelteFreseniusMedicalCareeineneueDialysatorengeneration.DiesezeichnetsichdurcheineweiterentwickelteMembranausPolysulfonaus.BeiderHerstellungderHelixone®
Membranwirddiesogenannte„Nano-Controlled-Spinning“-Technologieeingesetzt.
MitdieserspeziellenTechnologiefürHohlfasermembranengelingtsowohldieHerstellungeinerdefiniertenPorenstrukturalsaucheinergleichmäßigenPorengrößenverteilungentsprechenddenAnforderungen der verschiedenen Anwendungen. Sowohl eine enge Verteilung der Porengröße als auch
einangepassterRadiusbeihoherPorendichteverbesserndieLeistungdesDialysators.DieOberfläche
sorgtzudemfüreineoptimierteBiokompatibilität.
Quelle: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH, www.fmc-deutschland.com
20
Regenerative Medizin
Die Regenerationsfähigkeit von Organen ist unterschiedlich ausgeprägt. Stammzellen produzieren kontinuierlich neue Zellen in bestimmten
stoffwechselintensiven Geweben. Im Gehirn, im
Herzen und im Auge hingegen ist diese Fähigkeit eingeschränkt. Bei Verletzungen bildet der
Körper nur funktionell minderwertiges Narbengewebe.
In der regenerativen Medizin als interdisziplinäres
ForschungsgebietverbindensichErkenntnisseaus
der klinischen Medizin mit Natur- und Ingenieurwissenschaften. Sie verknüpft Ansätze der Zellbiologie, Biotechnologie und Pharmakologie mit
MedizintechnikundMaterialwissenschaften.IhrZiel
ist es, die Selbstheilungskräfte des Körpers anzukurbeln und so geschädigte Zellen, GewebestrukturenoderOrganeinihrerFunktionsweisewieder
herzustellenodervollständigzuregenerieren.
SpeziellderEinsatzvonnanomedizinischenVerfahren kann die Regenerationsfähigkeit des Körpers
unterstützen.DafürkommenunterschiedlicheMaterialien zum Einsatz, um die Zellen wieder aufzubauen. Nanostrukturierte Biomaterialien finden
Anwendung als Knochenersatzmaterialien und
Zahnfüllstoffe. Außerdem kommen nanostrukturierte Oberflächen für Implantate und Nanofasern
fürdas„TissueEngineering“(dasZüchtenvonGewebe-undZellverbänden)zumEinsatz.Zudemist
die Stammzellforschung und -therapie essenziell:
Sie wird heute bereits bei schweren Krebserkran-
kungenerfolgreicheingesetzt.AuchdieUnterstützung der Regeneration von Wunden durch antimikrobielle Wundauflagen ist inzwischen gängige
Praxis.
Biomaterialien
BiomaterialienermöglichendenAufbauvonkünstlichemGewebe,indemsiebeispielsweisenatürlich
ablaufende Prozesse initiieren, die mechanischen
EigenschafteneinernatürlichenZellumgebungimitierenundsodasWachstumsverhaltenunddieDifferenzierungvonZellenfördern.*
Der Bereich Knochenersatzmaterialien hat sich in
denletzten15Jahrenrasantentwickelt.Bereitsauf
dem Markt sind nanostrukturierte Biomaterialien,
die als Knochenaufbaumaterial bei Knochendefekten verwendet werden. Im Bereich der Biomaterialien werden Nanopartikel für die Herstellung
vonZahnfüllstoffenoderKnochenersatzmaterialien
genutzt.
Knochenersatzmaterialien
Knochenimplantate sollen in der Lage sein, einen
schwachen Knochen entweder zu ersetzen oder
zu verstärken. Die Struktur eines guten KnochenersatzmaterialsistderdesmenschlichenKnochens
nachempfunden. Nanostrukturierte Knochenersatzmaterialien bieten durch die kleinen Partikel
eine besonders große Oberfläche. Sie bilden so
einestabileKontaktzonefürdenversagendenKno-
*Quelle: FraunhoferInstitut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB,
www.igb.fraunhofer.de
21
Beispiel: aap Biomaterials –
Antibakterielle Knochenzemente und
silberbeschichtete Medizinprodukte
MehrerehunderttausendPatienteninfizierensichjährlichimKrankenhaus,
häufig werden diese Infektionen durch multiresistente Keime verursacht
undsindFolgeeinerOperation.SolcheInfektionenkönnentödlichverlaufen,beiImplantatenbedeutensieaberinderRegelmindestensdieEntfernung des gesamten Implantats. Die aap Biomaterials GmbH aus Dieburg
entwickelt und produziert Knochenzemente und andere Biomaterialien.
Dabei kommt unter anderem das körpereigene Knochenmineral HydroxylapatitzumEinsatz,dassichauchinKnorpel,imZahnbeinundimZahnschmelzfindet.
DieMuttergesellschaftdesUnternehmens,dieaapImplantateAG,hatzudemeinVerfahrenentwickelt,mitdemdieInfektionsgefahrbeiImplantaten
durchdieBeschichtungmitNanosilberverringertwird.DiesilberbeschichtetenProduktewirkenantibakteriell,indemsichdieNanosilberpartikelan
Bakterienbinden,ihreZellwandaufbrechenunddieZellteilungstören.
Quelle: aap Biomaterials GmbH, www.aap.de
chen, und dienen auch als Ausgangsmaterial für
den Wiederaufbau des körpereigenen Knochens.
DamitwerdenderHeilungsprozessunddieBelastbarkeitgefördert.
gereSchrumpfungsratebeimAushärtenauf,haben
einehöhereAbriebfestigkeitundbildendenGlanz
natürlicher Zähne besser nach als herkömmliche
Zahnfüller.
Weitergehende Entwicklungen umfassen die Integration wachstumsfördernder Substanzen in die
Knochenersatzmatrix. Das kann beispielsweise mit
Nanokapseln aus natürlichen Aminosäuren erfolgen, in die Wachstumsfaktoren eingeschlossen
sind.DiekontinuierlicheAbgabedesWirkstoffsbegünstigtdenKnochenaufbauundbeschleunigtden
Heilungsprozess.
Künstlicher Gewebeaufbau (Tissue Engineering)
soll zukünftig Organspenden ersetzen
Der Bedarf an Spenderorganen übersteigt deren
Verfügbarkeit. Schon lange versuchen Wissenschaftler daher, Organe nachzuzüchten. Derzeit
werdenersteErfahrungendesTissueEngineering
zum Beispiel bei der Transplantation von Haut,
KnorpelundKnochen,GefäßenundHerzklappen
gesammelt. Im Labor vermehrte Zellen werden
funktionstüchtig erhalten und als Ersatz für erkrankte Organe eingesetzt. Zerstörtes oder nicht
funktionalesGewebekannsoersetztwerdenoder
dieRegenerationunterstütztwerden.
Komplexe Gewebe benötigen ein Gerüst zum
Aufbau einer dreidimensionalen Gewebestruktur.
EineinteressanteAnwendungkönntenNanofasern
werden, die an der Universität Marburg in einem
Zahnfüllstoffe – härter und schöner
Unter den medizinischen Produkten wurden im
letzten Jahrzehnt neben den Knochenersatzmaterialien vor allem Dentalwerkstoffe mithilfe von
Nanotechnologie weiterentwickelt. Nanopartikel
werdenzumBeispielinZahnfüllerneingesetzt,um
derenoptischeundmechanischeEigenschaftenzu
verbessern.SoweisenNano-Zahnfüllereinegerin-
22
Verfügbarkeit von Spenderorganen
AnzahlderPatientenaufderWarteliste
Nur rund ein Viertel der Patienten
18.000
16.976
16.000
14.000
Transplantation.
15.275
Quelle: Darstellung :response nach
12.000
Daten der Eurotransplant Stiftung
10.000
8.000
Anzahl aller Patienten
6.000
4.000
auf der Warteliste
26 %
21 %
2012
2013
2.000
0
auf der Warteliste erhalten eine
neuen Verfahren namens „Elektrospinning“ hergestellt wurden. Richtig miteinander versponnen
stellen sie eine ideale Matrix für Tissue-Engineering-Anwendungen dar. Sie können mit Wachstumsfaktoren,MedikamentenundanderenStoffen
ausgerüstet werden und sind sowohl biokompatibel als auch resorbierbar. Wachstumsversuche
mit verschiedenen Zellarten zeigen ein deutliches
WachstumaufderFasermatrixentlangderNanofasernundkeineZeichendesZelltodsoder-verfalls.
Protein Engineering – Optimierungsprozess
für Proteine
DasProteinEngineeringbeschreibteinenOptimierungsprozess für Proteine. Da Antikörper und andere natürlich vorkommende Eiweißmoleküle oft
nicht so wirken, wie es für einen speziellen medizinischen Einsatz nötig wäre, verändern Forscher
dieStruktureinesProteinsundpassenseineEigenschaften genau an ihre Bedürfnisse an. Beispiele
hierfür sind die Löslichkeit, Stabilität, SäureresistenzoderdieBindunganbestimmteZielmoleküle.
Haut,Haare,Muskeln,Blut,AugenundalleweiterenOrganebestehenausTausendenvonProteinen,
die ihre Struktur und Funktion bestimmen. Viele
KrankheitenhabenihrenUrsprunginbeschädigten
Proteinmolekülen.ForschersindheuteinderLage,
die Aminosäurekette der Proteine gezielt zu verändernundaufdieseWeisedieEigenschaftender
Proteinegenauzusteuern.
Am Center for Interdisciplinary Nanostructure
Science and Technology (CINSaT) der Universität
Kassel erforscht Professor Friedrich Herberg, wie
Proteine als molekulare Schalter Funktionen der
Zelle regulieren, wie man sie künstlich herstellen
Anteil der Patienten, die eine
Organtransplantation erhalten
(von verstorbenen Spendern)
und verändern kann und wie sie als molekulare
Werkzeuge genutzt werden können, um Krebs,
DiabetesundneurodegenerativeErkrankungenzu
beeinflussen. Langjähriges Untersuchungsobjekt
ist die cAMP-abhängige Proteinkinase, kurz PKA.
Dieses Enzym hat eine zentrale Bedeutung in der
SteuerungvonStoffwechselprozessenaberauchin
der(De-)RegulationvonZellen(Krebs),Gedächtnisprozessen(ParkinsonundAlzheimer)undSchmerz.
Hier versuchen die Forscher, den komplexen und
dynamischen Weg der Signalübertragung in der
Zellezuentschlüsseln,umdamitAnsätzefürneue
Schmerztherapienzuentwickeln.
Implantate
Durch Fortschritte in den Bereichen Gesundheitswesen, Hygiene, Ernährung, Wohnsituation und
Arbeitsbedingungensowiedurchdengestiegenen
materiellenWohlstandsteigtdieLebenserwartung
der Menschen immer weiter. Gleichzeitig steigt
der Bedarf an Implantaten, beispielsweise wenn
Gelenkeverschleißenundersetztwerdenmüssen.
Eine zentrale Herausforderung insbesondere von
polymerbasiertenImplantatenistihreBiokompatibilität. Durch eine Beschichtung dieser Implantate
kannihreVerträglichkeitundLanglebigkeiterheblich verbessert werden. Wie gut ein Implantat in
denKörpereinwachsenkann,istvorallemvonder
Rauheit seiner Oberfläche abhängig. Die Oberflächenstruktur mit der optimalen Rauheit lässt sich
per Laser oder mechanisch erzeugen und wird in
einem auf wenige Nanometer genauen Messverfahren ständig kontrolliert. Durch die spezielle
OberflächenbeschaffenheitverbessertsichdasEinwachsverhaltenderImplantateunddamitauchdie
Heilung.ZudemverringertsichdasRisiko,dassein
23
Implantat vom Körper abgestoßen wird. Das ImplantatwirdschnelleramKnochenfixiert,wasdie
StabilitätundsomitauchdieLanglebigkeitdesImplantatserhöht.
Veredelung von Implantaten
EintypischesProblembeiImplantatenistderVerschleiß:winzigePartikelreibensichvonderOberflächeabundgelangenindenKörper,wosiebeispielsweiseEntzündungenoderAllergienauslösen
können.MitHilfeeinesnanotechnologischenVerfahrens wurden inzwischen spezielle Oberflächen
fürdieBeckenboden-undBrustrekonstruktionentwickelt,dieImplantatedeutlichhaltbarermachen.
Dabei werden die Oberflächen der Kunststoffimplantate mittels eines Niederdruckplasmaverfahrens mit einer Nanoschicht Titanoxid veredelt.
Die Verbindung des Titanoxids mit der Polypropylen-Kunststoff-Matrixistdabeisofest,dasssich
keineMikropartikellösenkönnen.
Beschichtung von Gefäßprothesen (Stents)
Die Beschichtung mit Nanopartikeln bewirkt bei
einer Gefäßprothese einen Korrosionsschutz und
eine Verbesserung des Einwachsverhaltens. ZusätzlichkönnenGefäßprothesendurcheineNanobeschichtung Medikamente aufnehmen und nach
Implantation an den Patienten abgeben. AußerdemwirdderzeitdarangeforschtStentszuentwickeln,dienachdervorgesehenenZeitvomKörper
resorbiertwerden.
Wundversorgung
ChronischeWundenwieDruckgeschwüreoderdas
Diabetische Fußsyndrom heilen äußerst langsam.
NanopartikelkönnendasHautgewebezumbesseren undschnellerenNachwachsenstimulieren.Ein
Fusionsprotein aus Keratinocyten-WachstumsfaktorenundElastin-ähnlichenEiweißenkannintiefe
Gewebeschichten der Haut vordringen und zu einer schnelleren Heilung des Gewebes beitragen.
Intelligente Wundverbände können die Wundheilungzudemunterstützen.
Pflaster und Verbandsmaterial
Wundverband verabreicht Antibiotika
Wer sich schon einmal eine größere Verbrennung
zugezogen hat, weiß, dass die Wunde besonders
für Infektionen anfällig wird, da die Schutzbarriere
derHautdurchbrochenwurde.DajedeszweiteVerbrennungsopferdiedirektenFolgeneinerInfektion
nichtüberlebt,kannderselbstmedikamentierende
VerbandeineChancefürdiesePatientensein.Eine
englische Forschergruppe um Professor Jenkins an
der University of Bath hat einen mit Nanopartikeln
überzogenenWundverbandentwickelt,deraufgefährliche Bakterien in einer Wunde durch die AbsonderungvonAntibiotikareagiert.Dabeiwirdeine
Eigenschaft schädlicher Bakterien genutzt: Diese
enthalten Toxine, die die Zellmembran zerstören.
AufderOberflächedesVerbandssindVesikelangebracht,dieeinAntibiotikumenthalten.BeimKontakt
mitToxinenbrechendieVesikelaufundsetzenihre
Wirkstoffe frei. Unschädliche Bakterien verfügen
nichtüberToxine,sodassdieVesikelintaktbleiben.
Silberpartikel in Wundauflagen
NanosilberistgegeneineVielzahlvonKrankheitserregern wirksam und kommt auch bei der Bekämpfung von antibiotika-resistenten Erregern zum Einsatz. Ein weiteres erfolgreiches Einsatzgebiet sind
zum Beispiel antimikrobielle Wundauflagen. Die
HerstellerschreibenderLangzeitwirkungdesNanosilbersbesondereBedeutungzu.
24
Gecko-Pflaster für schnelles Haften und Lösen
Am Max-Planck-Institut für Polymerforschung in
Mainz ist es gelungen, die in der Einleitung beschriebene natürliche Haftwirkung des Geckos zu
imitieren und für die Medizin nutzbar zu machen.
Die Forscher haben einen Prototypen von Nahtmaterial hergestellt, das der speziellen nanoskopischenOberflächenstrukturierungandenSpitzen
der Zehen von Geckos ähnelt und so ein schnelles Haften und Lösen ermöglicht. Wissenschaftler
derUniversitätGenfhabeninZusammenarbeitmit
dem Massachusetts General Hospital eine GeckoOberflächeentwickelt,derenHaftwirkungauchbei
KontaktmitWassererhaltenbleibt.Dazuerzeugen
die Forscher mit lithografischen Methoden eine
Oberfläche mit winzigen Spitzen und überziehen
diese anschließend mit einem Zuckerpolymer, um
dieKlebewirkungzuverstärken.EingroßerVorteil
dieses Materials für seinen Einsatz in der Medizin
ist,dassesabbaubarundbiokompatibelist.
Der Einsatz nanotechnologischer Verfahren in der
regenerativen Medizin eröffnet große Chancen.
AmerikanischeForscherundUnternehmenwerden
hier in der Entwicklung zurzeit als führend bewertet.AngesichtseinerälterwerdendenBevölkerung
in allen Industrie- und Schwellenländern wird der
Beitrag nanotechnologischer Verfahren und Anwendungen für die regenerative Medizin in den
kommendenJahrzehntenansteigen.InderVerbesserungderFunktionsweiseundVerträglichkeitvon
Implantaten, dem Nachzüchten von Gewebe und
Organen,demProteinEngineeringundderverbessertenWundversorgungwirddieNanotechnologie
einenzentralenStellenwerteinnehmen.
Fuß eines Geckos im Detail
Quelle: Bjørn Christian Tørrissen,
Creative Commons by SA 3.0
(http://creativecommons.org/
licenses/by-sa/3.0) or GFDL
(http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html)
via Wikimedia Commons
25
Lebensqualität
Oberflächenbeschichtung
Nanotechnologie bietet nicht nur breite Anwendungsformen in den Bereichen Diagnose, Therapie und regenerative Medizin. Zunehmend findet
sie auch Verwendung in gesundheitsassoziierten
Bereichen, die die Lebensqualität verbessern.
Oberflächenbeschichtungen, bei denen Nanomaterialien eingesetzt werden, finden unterschiedlicheAnwendungenimmedizinischenBereichund
werdenaufgrundihrerantibakteriellenEigenschaften für Beschichtungen auf Kathetern, Stents und
Medizingeräteneingesetzt.
In der Krankheitsprävention sind OberflächenbeschichtungenvonBedeutung,dieeineverbesserte
HygienedurchantiseptischeWirkungermöglichen.
Im Bereich der Nutraceuticals und Kosmetik kann
durch Nanotechnologie eine Anreicherung zum
BeispielmitVitaminenerfolgen.
Infektionsprävention: Klinikhygiene
Krankheitserreger werden nicht immer direkt von
Mensch zu Mensch übertragen. Ein Beispiel: Das
weit verbreitete Staphylococcus aureus-Bakterium
kannmehrereWochenaufOberflächenwieTürklinken,TischplattenoderauchVorhangstoffenüberle-
Beispiel: Möller Medical –
Schmutz- und wasserabweisende
NanoCoatings
Die Nanotechnologie erlaubt eine Beschichtungstechnik, die Produkten
schmutz- und wasserabweisende Eigenschaften, niedrige Reibungskraft
undhöhereKratzfestigkeitverleiht.DiesogenanntenNanoCoatingsfinden
AnwendungfürAnlagenteileundAbdeckungen,kratzfesteBeschichtungen
fürDisplayabdeckungenausKunststoff,leichtzureinigendeundbiokompatibleSchichtenfürdieMedizintechniksowieInnen-undAußenbeschichtungenvonKanülenfürdieAnalytikundHumanmedizin.
Quelle: Möller Medical GmbH, www.moeller-medical.com
26
Beispiel: Impreglon GmbH –
Nanofinish® Beschichtung begrenzt
Beschädigungen lokal
Die Beschädigung einer Oberflächenbeschichtung führt normalerweise
zu einer Unterwanderung der Funktionsschichten. Die Nanobeschichtung
Nanofinish® sorgt dafür, dass die Beschädigung lokal begrenzt bleibt.
Möglich ist das durch konturnachbildende und unterwanderungsstabile
AntihaftbeschichtungeninnanofeinerDünnschicht.DieNano-Beschichtung
ist besonders für feinpolierte Teile beziehungsweise hochpräzise Anwendungen geeignet, beispielsweise als hauchdünne Antihaftbeschichtung
beimEntformenoderalsSchutzfilmfürunterschiedlichsteOberflächen.
Quelle: Impreglon SE, www.impreglon.de
ben.Besondersgefährlichsinddiemultiresistenten
KeimenachAngabendesBundesinstitutsfürRisikobewertung(BfR)fürPatientenmiteinemgeschwächtenImmunsystemundchronischenErkrankungen.Es
istunmöglich,OberflächenimKrankenzimmernach
jedem Hautkontakt zu desinfizieren, um das Risiko
vonInfektionenzusenken.ZurPräventionvonKrankenhausinfektionenkönnteinZukunftdieantibakterielle Wirkung des Nanosilbers genutzt werden. In
Anwendungen wie Implantaten, Knochenzement,
KatheternoderWundauflagenwirdNanosilberbereitsheuteerfolgreicheingesetzt.
Hilfsmittel mit Wirkung
Ein weiteres Einsatzgebiet von SilberbeschichtungensindantibakterielleMedizintechnikprodukte
wieStützstrümpfeoderKatheter.
Antimikrobielle Beschichtung
Ein Uretersplint ist eine Nierenbeckenenddrainage, die den Rückfluss von Urin aus der Blase in
das Nierenbecken verhindert. Die antimikrobielle
BeschichtungeinesUretersplintsverhindertzudem
eine Verkrustung und verbessert die GleiteigenschaftendesMaterials.
Keimtötende Silberfäden in
Kompressionsstrümpfen
In Kompressionsstrümpfe eingewebte, feine Silberfäden wirken keimtötend. Das Edelmetall reagiert
miteinemProteinderHautbakterienundhemmtso
deren Wachstum. Der Juckreiz von Neurodermitiskrankenkannsogelindertwerden.
Wirkweise von Nanocoating am Beispiel einer Nanokompositbeschichtung
PTFE-artige
Oberfläche
AbnehmenderFluorkohlenstoffgehaltbildet
weichenÜbergangvon
PTFE-ähnlicherzu
glasähnlicherStruktur.
Im eigentlichen Sinne keine
„Beschichtung“, sondern
eine dauerhafte chemiche
Modifikation der Werkstückoberfläche durch ein
Gradientenmaterial.
Substrat
ImVergleichdazuherkömmliche
PTFE-Beschichtungenohnechemische
BindungandasSubstrat
Quelle: Möller Medical GmbH
Glaskeramisches,polaresSi-O-Netzwerk
miteingebettetenNanopartikelnund
festerchemischerBindungandasSubstrat
27
Nutraceuticals
NutraceuticalssindneuartigeLebensmittel,deren
Zusatzstoffe pharmakologisch wirken und die zur
Behandlung oder Vorbeugung von Krankheiten
geeignet sein sollen. Die Wirkung übersteigt den
normalenNährwert.
Nanotechnologie ermöglicht es, LebensmittelbestandteileaufmolekularerEbenezubetrachten.Sie
stelltfunktionelleLebensmittelundNutraceuticals
her,indemsieLebens-oderArzneimittelzumBeispielmitVitaminenanreichert.
Foto: © fotoliaxrender, www.fotolia.de
3D-Illustration eines Hepatitis-C-Virus
Innovative Impfstoffe
Weltweit sind etwa 170 Millionen Menschen mit
dem Hepatitis-C-Virus infiziert. Auch in Europa ist
dieseFormderHepatitiseingroßesProblemund
betrifftrundeinProzentderBevölkerung.
Mit Nanotechnologie gegen Hepatitis C
InderBehandlungvonHepatitisCwurdevorkurzem
ein Durchbruch erzielt. Mit einem neuen Medikamentkönnen90ProzentderPatientengeheiltwerden.AllerdingssinddieBehandlungskostenderzeit
nochsehrhoch.EineandereMöglichkeit,Hepatitis
C zu bekämpfen, wären Impfungen – bisher gibt
esjedochkeinenImpfstoff.Derzeitwirdeineneue
Impfmethodeerforscht,beiderdieErbinformation
von Hepatitis-C-Virusbestandteilen mit Hilfe von
NanogelenindenKörpergebrachtwerden.Nanogele sind nur wenige Nanometer groß, bestehen
aus Biopolymeren, also Materialien natürlichen
Ursprungs, und dienen als Trägersysteme für den
Wirkstofftransport.ImmunzellennehmendieVirusinformation mit dem Nanogel auf und bilden für
denKörperungefährlicheBausteinedesHepatitisC-Virus.DasImmunsystemstarteteineAntwortdagegen,anderenEndeGedächtniszellenimKörper
entstehen.DieForschergehendavonaus,dasssich
diesesinnovativeVerfahrenzukünftigauchaufandereKrankheitenanwendenlässt.
28
Functional Food zur Nahrungsergänzung
Functional Food und Functional Drinks gelten
alsWachstumstreiberderNahrungsmittelindustrie.
Viele der weitverbreiteten Inhaltsstoffe sind nicht
inWasserlöslichundlassensichdahernurschwer
inLebensmitteleinbinden.BeispielefürsolcheZutatensindfettlöslicheVitamine,CoenzymQ10,Betacarotin,Lutein,Alpha-Liponsäure,Isoflavoneund
vieleandere.DurchdenEinsatzvonMicellenlässt
sichdieLöslichkeiterhöhen.Dabeimachtsichdie
Industrie ein natürliches Prinzip zunutze: Micellen
mit Durchmessern im zweistelligen Nanometerbereich finden sich beispielsweise in Hühnereiern
oderinderMilch.AberauchdermenschlicheKörperstelltkontinuierlichMicellenher,umfettlösliche
Substanzen,wiebeispielsweisedieVitamineA,D,E
undK,imKörperaufnehmenzukönnen.Diesistdie
grundlegende Voraussetzung für den Abbau fettlöslicherSubstanzen.
Kosmetik
DerEinsatzvonNanotechnologieinderKosmetik
bietetgroßesPotenzialundvieleChancen.Sokönnen Nanopigmente die Haut vor negativen AuswirkungenderUV-Strahlenschützen.Nanokristalle
erhöhendieBioverfügbarkeitvonSubstanzen,um
einekosmetischeWirkungzuerzielen.
Nanoemulsionen erhöhen den Gehalt von
pflegenden Ölen in kosmetischen Mitteln
NanoemulsionensindweitverbreitetinderNatur,
wieetwainMilch.AuchvieleKosmetikaenthalten
Öl- und Wassertröpfchen, die auf nanometrische
Abmessungenreduziertwerden,umdenGehaltan
pflegendenÖlenzuerhöhenundzugleichvorteilhafte Anwendbarkeit zu gewährleisten. GelegentlichwerdenempfindlicheWirkstoffe,wieVitamine,
in Bläschen mit Nanogröße vor Luft geschützt.
Liposome beispielsweise setzen den Inhaltsstoff
erstzumZeitpunktderAnwendungbeiKontaktmit
derHautfrei.Nanoemulsionendurchdringennicht
dieHautbarriere.
Nanopigmente zum Sonnenschutz
TitandioxidundZinkoxidsindMineralien,dieauch
inderNaturweitverbreitsind.InSonnenschutzmitteln werden diese Stoffe in Form von Nanopartikeln verwendet, weil sie das UV-Licht reflektieren
beziehungsweise absorbieren und somit die Haut
vornegativenAuswirkungenvonUV-Strahlen,einschließlichHautkrebsschützen.
Nanokristalle verbessern Wirkung
Die Bioverfügbarkeit von Stoffen hängt an ihren
Lösungseigenschaften – also Löslichkeit und Auflösungsgeschwindigkeit. An der Freien Universität
BerlinbeschäftigtensichProfessorRainerH.Müller
undProfessorinCorneliaKeck(HochschuleKaiserslautern)mitderFrage,wiedergleicheStoffdurch
denEinsatzvonNanotechnologieeinanderesLösungsverhalten erreichen kann. Durch die Erzeugung von Nanokristallen können Löslichkeit und
Auflösungsgeschwindigkeiterhöhtwerden,sodass
dieseSubstanzenausreichendbiologischverfügbar
sind.
Der gesamte Bereich des Erhalts und der Verbesserung der Lebensqualität im Sinne eines umfassendenGesundheitsbegriffsisteineAntriebsfeder
für wirtschaftliches Wachstum, von dem auch die
Nanotechnologie profitieren wird. Das Interesse
an gesundheitsfördernden Maßnahmen und Wirkstoffen wird mit steigendem Wohlstand auch in
Schwellenländern stetig zunehmen. Insbesondere
in den USA und einigen asiatischen und lateinamerikanischen Ländern sind der Einsatz von kosmetischen Produkten und die plastische Chirurgie
Wachstumstreiber,dieohneNanotechnologienicht
mehrvorstellbarwären.
Titandioxid- und Zinkoxidnanopartikel in Sonnencreme reflektieren UV-Strahlung
Sonnenstrahlen
Nanopartikel
Sonnencreme
Haut mit UV-Schutz
29
Heutzutage ist es eine Selbstverständlichkeit,
dass neue Technologien auf ihrem Weg in die Anwendung mit einem Diskurs zur Technikfolgenabschätzung begleitet werden. Da verschiedene
Eigenschaften sowie der konkrete Einsatzbereich
über die Wirkungsweise von Nanomaterialien bestimmen, ist eine Risikobewertung komplex.
DankvorausschauenderPlanungistdieSicherheitsforschungindernochjungenDisziplinschonrecht
weitfortgeschritten–auchwennnochlängstnicht
alleFragengeklärtsind.KaumeineandereTechnologieistsofrühzeitigineinenDiskursundindieErforschungeinersicherenAnwendungeingetreten,
denn eines ist unbestritten: Um die Chancen der
Nanotechnologie zukunftsfähig nutzen zu können,
ist die Identifizierung und Minimierung möglicher
RisikenfürUmweltundGesundheitunerlässlich.
30
Kennzeichnungspflicht für Kosmetika:
Inhaltsstoffe in Nanogröße müssen durch den
Zusatz „Nano“ kenntlich gemacht werden.
Quelle: :response
10 Jahre Forschung zum Umgang
mit Nanotechnologie
Ein Arbeitskreis des Verbands der chemischen Industrie (VCI) und der Gesellschaft für Chemische
Technik und Biotechnologie (DECHEMA) hat im
Jahr2011eineZwischenbilanzüber„10JahreForschung zur Risikobewertung, Human- und Ökotoxikologie von Nanomaterialien“ fertiggestellt. ExpertenausIndustrieundForschungseinrichtungen
habendenStandderSicherheitsforschungzusammengestellt und die nationalen und europäischen
Projekte zur Toxizität verschiedenster Nanomaterialien für Mensch und Umwelt ausgewertet. Ihr
Fazit: Die Größenbezeichnung Nano bedeutet
nichtunmittelbarauch„toxisch“undstelltkeinintrinsisches Gefährdungsmerkmal dar. Zum Nutzen
der gesamten Gesellschaft sollte der kontinuierliche Transfer der Forschungsergebnisse aus den
Labors in erfolgreiche Innovationen weitergeführt
und durch eine begleitende Sicherheitsforschung
unterstütztwerden.
NANOSAFE2
DasProjekt„NANOSAFE2“derEuropäischenKommissionistaufdiesichereHerstellungundVerwendung von Nanomaterialien fokussiert. 25 Partner
ausIndustrie,ForschungszentrenundUniversitäten
entwickelnneueErkennungs-,Überwachungs-und
Charakterisierungstechniken sowie sichere industrielleProduktionssystemeundAnwendungenvon
Nanoobjekten.DasProjektstehtimengenVerhältnis zu anderen Projekten auf nationaler, europäischerundinternationalerEbene,einschließlichdes
deutschen Projekts Nanocare und seiner Nachfolger DaNa und DaNa2.0 (Verantwortungsvoller UmgangmitNanomaterialien,www.nanopartikel.info).
Die NanoKommission der
Bundesregierung (2006 - 2011)
Die Bundesregierung hat von 2006 bis 2011 eine
„NanoKommission“ einberufen, in der mit VertreternausMinisterien,Behörden,Wissenschaft,WirtschaftundNGOsallewichtigenInteressengruppen
vertreten waren. Die Kommission arbeitete vor
allem an Leitlinien für einen verantwortungsvollen
NanoGEM (2008 - 2013)
Das Projekt „Nanostrukturierte Materialien – Gesundheit, Exposition und Materialeigenschaften“
(NanoGEM)warmit6,4MillionenEuroFördersummeseinerzeitdasgrößteProjekt,dasvomBundesministeriumfürBildungundForschung(BMBF)im
Rahmen der damaligen NanoCare-Ausschreibung
gefördertwurde.
Umgang mit Nanotechnologie und an einer stärkerenNutzungdesPotenzialsvonNanomaterialien
für eine nachhaltige Entwicklung und den Schutz
vonUmwelt,RessourcenundGesundheit.
Die von der DECHEMA betriebene
Website www.nanopartikel.info
stellt Forschungsergebnisse zur Sicherheit von Nanomaterialien verständlich
aufbereitet für die interessierte
Öffentlichkeit zur Verfügung.
Quelle: Screenshot der Startseite DaNa2.0
www.nanopartikel.info (Stand: 07.06.2015)
Ziel von NanoGEM ist es, einen Beitrag zur allgemeinenSicherheitderNanotechnologieinDeutschlandzuleisten.DurchInformationundAufklärung
soll die Akzeptanz dieser Technologie verbessert
werden.SchließlichwilldasBMBFdieökologischen
und wirtschaftlichen Erfolgsaussichten der Nanotechnologie durch die Forschungsförderung für
denStandortDeutschlandstärken.
DaNa2.0 – Daten und Wissen zu Nanomaterialien
(seit 2009)
IndemProjektDaNa2.0arbeiteteininterdisziplinäres
TeamausWissenschaftlerndaran,ForschungsergebnissezuNanomaterialiensowiederenAuswirkungen
auf den Menschen und die Umwelt allgemeinverständlich aufzubereiten. Die Informationen werden
auf der Internetplattform www.nanopartikel.info
veröffentlicht. In dem vom BMBF geförderten ProjektarbeitenzehneuropäischePartnerunterLeitung
derDECHEMAzusammen.
Zulassungsverfahren
DerGesetzgeberhatausdenErfahrungenmitanderenTechnologiengelerntundeinenDiskurszur
Nanotechnologie frühzeitig initiiert. Im Ergebnis
liegteineReihevongesetzlichenVorgabenvor.
Zulassung von Arzneimitteln und
Medizinprodukten
DieZulassungvonWirkstoffenundImplantaten,die
vorallemdemSchutzdesPatientendient,unterliegtderAufsichtdesBundesinstitutsfürArzneimittel
undMedizinprodukte(BfArM).ImRahmenderZulassung muss sowohl ein Nachweis über die Qualität als auch über die Unbedenklichkeit erbracht
werden. Mögliche Risiken von nanotechnologisch
hergestelltenArzneimittelnsowieNanoteilchenals
Inhaltsstoffewerdenbewertet.
Chemikalienverordnung REACH
Die europäische Chemikalienverordnung REACH
(Registration,Evaluation,AuthorisationandRestrictionofChemicals)schafftdierechtlichenRahmenbedingungenfürdensicherenUmgangmitChemikalien, zu denen auch Nanomaterialien zählen. Diese
VerordnungzentralisiertundvereinfachtdasChemikalienrecht europaweit. Zudem wurden für die Anwendungsbereiche Kosmetik und Lebensmittel nanospezifische Formulierungen in die Verordnungen
aufgenommen. Allerdings herrscht im Augenblick
nochUneinigkeitzwischenIndustrieundeinigenInteressengruppen, ob auch Nanomaterialien durch
REACHausreichendgeregeltwerden.
Lebensmittelrechtliche Rahmenbedingungen
Die allgemeinen und spezifischen Anforderungen
des deutschen Lebensmittel- und Futtermittelgesetzbuchs und der europäischen Verordnung (EG)
gelten vollumfänglich auch im Hinblick auf potenzielle Anwendungen nanoskaliger Materialien und
VerfahrenunterEinsatzderNanotechnologie.Aufgrund dieses Regulierungsrahmens besteht die
Auffassung der Bundesregierung und der Europäischen Kommission, dass keine eigenständigen
gesetzlichen Maßnahmen erforderlich sind. Aus
31
der Anwendung des bestehenden Regelwerks ergeben sich hohe Sicherheitsanforderungen, klare
Verantwortlichkeiten,RegelungenzurVerbraucherinformationundKompetenzenfürdiezuständigen
Behörden.SeitDezember2014giltindergesamten
EU die neue europäische Lebensmittel-Informationsverordnung,nachderalleinLebensmittelnenthaltenen technisch hergestellten Nanomaterialien
imZutatenverzeichnismitdemZusatz„Nano“gekennzeichnetwerdenmüssen.
EU-Kosmetikverordnung
DieEU-Kosmetikverordnungenthältumfangreiche
RegelungenfürdenUmgangmitNanomaterialien.
Dazu gehören die Registrierungs- und KennzeichnungspflichtgenausowiedieVerpflichtung,Sicherheitsdaten zu übermitteln und einen Katalog aller
NanomaterialieninkosmetischenMittelnzuerstellen. Seit 2013 müssen in Deutschland auch NanomaterialieninKosmetikagekennzeichnetwerden.
Verantwortungsvoller
Umgang mit Nanotechnologie
Die Technologielinie Hessen-Nanotech des Hessischen Ministeriums für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung betreibt die Informationsplattform www.nano-sicherheit.de für den
verantwortungsvollen Umgang mit Nanotechnologien.DieOnline-PlattformhilftUnternehmen,aber
auch Wissenschaftlern sowie Anwendern und interessiertenBürgerinnenundBürgern,einenschnellen
undumfassendenÜberblicküberdieaktuellenForschungsaktivitätenunddieDiskussionumdieSicherheit von Nanotechnologien zu gewinnen und dazu
beizutragen,diegesellschaftlicheAkzeptanzweiter
zuerhöhen.
Erforschung von Nanosicherheit:
Zellversuch mit Lungenzellen (rot)
und Nanopartikeln (grün)
Quelle: INM – Leibniz-Institut für
Neue Materialien gGmbH
32
Ausblick –
Potenziale der Nanomedizin
Nanotechnologie gilt weiterhin als Hoffnungsträger für die Medizin und Gesundheitswirtschaft. In allen nennenswerten Bereichen der medizinischen
Vorsorge ist sie bereits in Erprobung oder trägt zum besseren Erfolg bei,
unter anderem bei der Entwicklung neuer Diagnose- und Therapieverfahren, durch Erkenntnisfortschritte in den Biowissenschaften und im Verständnis biologischer Prozesse sowie durch die Entwicklung neuer und die
Optimierung bekannter Therapien.
Nanotechnologiebasierte Diagnoseinstrumente können möglicherweise Krankheiten oder die Anfälligkeit für die Ausbildung von Krankheiten früher als
bisher erkennen. Lab-on-a-Chip kann einen Beitrag leisten in Bezug auf
individualisierte Medizin. Bei der Therapie besteht die Aussicht, mithilfe der
Nanotechnologie neue, nebenwirkungsarme Therapien zu entwickeln. Die
breite Anwendung nanopartikulärer Dosiersysteme soll zu Fortschritten bei
der Behandlung führen. Durch Nanotechnologie kann die Biokompatibilität
vonImplantatenverbessertwerden.
Mehr Wirkung, weniger Nebenwirkung
Krankheiten verlaufen nicht bei allen Menschen gleich. Genetische Disposition, das Alter oder Umweltfaktoren beeinflussen sowohl den KrankheitsverlaufauchalsdessenBehandlung.Wirkstoffewerdendaherinunterschiedlicher
Weise aufgenommen und verarbeitet. Damit solchen Einflussfaktoren besser
Rechnunggetragenwird,werdenindividuellzusammengestellteTherapienan
CharakteristikadesPatientenangepasst.DieserAnsatzwirdunterdemBegriff
„personalisierteMedizin“zusammengefasstundsolleinewirksamereundum
Nebenwirkungen reduzierte Behandlung ermöglichen. Durch die gezieltere
Bekämpfung von Erregern ist auch eine Reduzierung der Behandlungsdauer
möglich.
Lebensqualität im Alter
ImZugedesdemografischenWandelsgewinntdasgesundeAlternanBedeutung. Die Nanomedizin kann die Aussichten auf ein längeres und aktiveres
Leben positiv mitgestalten. Heilung für Krebs, Herz-Kreislauf-Erkrankungen
undAlzheimer,langlebigeImplantatefürKnochen,ZähneoderzurStimulanz
von neuronalen Aktivitäten und der Erhalt des Sehvermögens versprechen
mehrLebensqualitätfürdiePatienten.
Fazit
Mit der Nanotechnologie verbindet sich die Hoffnung auf bedeutende FortschritteunddamitunternehmerischePotenzialeinfastallenBranchenderWirtschaft.InvielenBereichenprofitierenwirheuteschonvomEinsatznanotechnologischerProdukteundVerfahren.Smartphones,ProzessorenundSpeichersind
beispielsweiseohnedenEinsatzderNanotechnologienichtmehrzuproduzieren.AberauchausMedizinundGesundheitswirtschaftistdieNanotechnologie
künftignichtmehrwegzudenken.SiebildetdamiteinesderzentralenZukunftsfelderderindustriellenForschungundEntwicklung.
33
Literatur und weiterführende Informationen
Einführung
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andMedicine,9/2013,1-14
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Projekt-WebsitederBMBF-Initiative„nanoTruck–
TreffpunktNanowelten“zuChancenundHerausforderungenderNanotechnologie,www.nanotruck.de
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• Xietal.2014:Convection-enhancedDeliveryofNanodiamondDrugDeliveryPlatformsforIntracranial
TumorTreatment,in:Nano-Medicine:Nanotechnology,
Biology,andMedicine,10/2014,381-91
Einsatzgebiete: Regenerative Medizin
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98/79/EGüberIn-Vitro-Diagnostika,27.10.1998,
nanopartikeln,VortragChristophSattig,4.12.2013,
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• UniversitätBasel:VomGecko-PrinzipzumKlebebandfür
dieMedizin,22.2.2008,idw-online.de/de/news247921
• NanostartAG:NanotechnologieinderMedizin–effektiv,
gezieltundschnell,www.nanostart.de/de/nanotechnologie/nanotechnologie-info-allgemein/906-nanotechnologie-in-der-medizin-effektiv-gezielt-und-schnell
• NetzwerkNanosilber:NanosilberinMedizinprodukten,
www.nanosilber.de
Impressum
Einsatzgebiete: Lebensqualität
• Biotechnologie.de:Nanogel-ImpfunggegenHepatitisC,
24.8.2011,www.biotechnologie.de
• IndustrieverbandKörperpflege-undWaschmittel2008:
NanotechnologieundkosmetischeMittel,www.ikw.org
• ZEIT:Hepatitis-C-Medikament–Wievieldarfdie
Gesundheitkosten?,6.8.2014,www.zeit.de
Band16derSchriftenreihederTechnologielinieHessen-Biotech
Band26derSchriftenreihederTechnologielinieHessen-Nanotech
Herausgeber
HessenTrade&InvestGmbH
Konradinerallee9,65189Wiesbaden
Telefon+49(0)61195017-85
• DECHEMAGesellschaftfürChemischeTechnikund
www.htai.de
Biotechnologie&VerbandderChemischenIndustrie(VCI)
2011:10JahreForschungzuRisikobewertung,Human-und
ÖkotoxikologievonNanomaterialien,www.dechema.de
• BundesministeriumfürUmwelt,NaturschutzundReaktorsicherheit(BMU)2011:VerantwortlicherUmgangmit
Nanotechnologien–BerichtundEmpfehlungender
NanoKommission2011,www.bmub.bund.de
• Umweltbundesamt,BundesinstitutfürRisikobewertung(BfR)
DerHerausgeberübernimmtkeineGewährfürdieRichtigkeit,
dieGenauigkeitunddieVollständigkeitderAngabensowie
fürdieBeachtungprivaterRechteDritter.DieinderVeröffentlichunggeäußertenAnsichtenundMeinungenmüssennicht
mitderMeinungdesHerausgebersübereinstimmen.
Erstellt von
:response,Inh.ArvedLüth
&BundesanstaltfürArbeitsschutzundArbeitsmedizin
Moselstraße4,60329FrankfurtamMain
(BAuA)2013:NanomaterialienundREACH–Hintergrund-
Autoren:ArvedLüth,MartenDeuter,MadeleineFrühun-
papierzurPositionderdeutschenBundesbehörden,
terMitarbeitvonKarolinKönigundSonjaBarwitzki
www.bfr.bund.de
Wir bedanken uns bei folgenden Experten für
• BundfürLebensmittelrechtundLebensmittelkunde:
LebensmittelundNanotechnologie,www.bll.de
• BundesministeriumfürErnährungundLandwirtschaft
Anregungen und Hinweise
Prof.Dr.CorneliaKeck,FachhochschuleKaiserslautern
Prof.Dr.JörgKreuter,JohannWolfgangGoethe-
(BMEL)2014:KennzeichnungvonLebensmitteln–
UniversitätFrankfurt
DieneuenRegelungen,www.bmel.de
Prof.Dr.med.StefanLüth,Universitätsklinikum
Ausblick – Potenziale der Nanomedizin
• BayerPharmaAG:PersonalisierteMedizin,BayerHealthCare,pharma.bayer.com/de/forschung-und-entwicklung/
technologien-trends/personalisierte-medizin/index.php
• FriedrichEbertStiftung2008:Nanomedizin–Chancen
undRisiken,www.fes.de
Hamburg-Eppendorf
Dr.ChristophSteinbach,DECHEMAGesellschaft
fürChemischeTechnikundBiotechnologiee.V.
Prof.Dr.JörgVienken,Nephro-SolutionsAG
Beteiligungsgesellschaft
Redaktion
SebastianHummel,HessischesMinisteriumfür
Wirtschaft,Energie,VerkehrundLandesentwicklung
Dr.DetlefTerzenbach,HessenTrade&InvestGmbH
©HessischesMinisteriumfürWirtschaft,
Energie,VerkehrundLandesentwicklung
Kaiser-Friedrich-Ring75,65185Wiesbaden
www.wirtschaft.hessen.de
VervielfältigungundNachdruck–auchauszugsweise–
nurnachvorherigerschriftlicherGenehmigung.
Gestaltung, Illustrationen und grafische Herstellung
NicoleKruse,XYMBOL–designstrategies,Seeheim-Jugenheim
www.xymbol.de
Druck
A&MServiceGmbH,Elz
September2015
35
www.hessen-biotech.de
www.hessen-nanotech.de
ProjektträgerderTechnologielinienHessen-Biotech
undHessen-NanotechdesHessischenMinisteriumsfür
Wirtschaft,Energie,VerkehrundLandesentwicklung
Die Technologielinien Hessen-Biotech und Hessen-Nanotech
werden kofinanziert aus Mitteln der Europäischen Union.
EUROPEAN UNION:
Investition in Ihre Zukunft
– Europäischer Fonds
für regionale Entwicklung.
Schriftenreihe Hessen-Biotech
Band 1
Förderoptionen
FürtechnologieorientierteUnternehmeninHessen
Band 2
Werkzeuge der Natur
WeißeBiotechnologieinHessen
Band 3
Hessen – Gateway to Biomanufacturing in Europe
Band 11 Industrielle Biotechnologie in Hessen /
Industrial Biotechnology in Hessen
EinStreifzugdurchdieAnwenderbranchen/
Band 12 Raum für Innovationen / Room for Innovations Hessen
BiotechnologiestandortHessen/LocationforBiotechnology
ApracticalGuidetoSitesandServicesfor
GMP-Production
Band 4
Hessen – Your Gateway to the Diagnostics Market
in Europe
ApracticalGuidetoServicesandTechnology
fortheDiagnosticIndustry
Band 5
Medizintechnik in Hessen – Strukturen und Potenziale
ErgebnisseeinerUnternehmensbefragung
Band 6
Competence Atlas Hessen-Biotech
TheSpectrumofBiotechnologyCompanies
inHessen2009
Band 7
Hessen – das Tor zum europäischen Diagnostikmarkt
WegweiserfürDienstleistungenundTechnologien
AGuidedTourthroughtheUserSectors
Band 13 Personalisierte Medizin in Hessen /
Personalised Medicine in Hessen
NeueTechnologienfürmaßgeschneiderteTherapie/
NewTechnologiesforCustomisedTherapies
Band 14 Medizintechnik in Hessen / Medical Technologies
in Hessen
ErgebnisseeinerStandortanalyseund
Unternehmensbefragung/
ResultsofaLocationStudyandCompanySurvey
Band 15 Diagnostik-Industrie in Hessen
Band 16 Nanotechnologie und Medizin
EineSchlüsseltechnologiekommtan
inderhessischenIn-vitro-Diagnostik-Industrie
Band 8
Hessen – Gateway to Contract Research in Europe
ApracticalGuidetoSitesandServices,secondedition
Band 9
Biotech in Hessen
DatenundFakten/FactsandFigures
Band 10 Chemical Parks in Hessen / Industrieparks in Hessen
ProfessionalSitesandServicesforPharma,Biotech
andChemistryinCentralEurope/ InnovativeStandorte
fürdieBio-,Pharma-undChemieindustrie
Informationen/ Downloads/ Bestellungen:
www.hessen-biotech.de/publikationen

Nanotechnologie und Medizin - Hessen

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